JP2014525589A - Measuring device with sensor array - Google Patents

Measuring device with sensor array Download PDF

Info

Publication number
JP2014525589A
JP2014525589A JP2014528702A JP2014528702A JP2014525589A JP 2014525589 A JP2014525589 A JP 2014525589A JP 2014528702 A JP2014528702 A JP 2014528702A JP 2014528702 A JP2014528702 A JP 2014528702A JP 2014525589 A JP2014525589 A JP 2014525589A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
indicator
electrodes
sensor
reference electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
JP2014528702A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014525589A5 (en
Inventor
ウィリアム ダブリュー. クラーク,
デイビッド ダブリュー. ワーグナー,
サン クウォン チョー,
ユエジュン ジャオ,
ティモシー ジェイ. シシアーズ,
アール. マックスウェル フラハーティ,
ジェイ. クリストファー フラハーティ,
Original Assignee
フェーズ2 マイクロテクノロジーズ, エルエルシー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by フェーズ2 マイクロテクノロジーズ, エルエルシー filed Critical フェーズ2 マイクロテクノロジーズ, エルエルシー
Publication of JP2014525589A publication Critical patent/JP2014525589A/en
Publication of JP2014525589A5 publication Critical patent/JP2014525589A5/ja
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/302Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells pH sensitive, e.g. quinhydron, antimony or hydrogen electrodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502738Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by integrated valves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/307Disposable laminated or multilayered electrodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/026Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details
    • B01L2200/027Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details for microfluidic devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0673Handling of plugs of fluid surrounded by immiscible fluid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645Electrodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0829Multi-well plates; Microtitration plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/087Multiple sequential chambers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/18Means for temperature control
    • B01L2300/1805Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1827Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0406Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces capillary forces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0427Electrowetting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • B01L2400/049Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics vacuum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0677Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/4035Combination of a single ion-sensing electrode and a single reference electrode
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483Physical analysis of biological material
    • G01N33/4833Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures
    • G01N33/4836Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures using multielectrode arrays

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

PH測定値を取得するためのシステムは、使い捨てプローブおよび読み取り機を含む。使い捨てプローブは、複数の指示電極および少なくとも1つの基準電極を備えている。読み取り機は、使い捨てプローブに動作可能に係合し、試料のpH情報を提供するように構成されている。一実施形態において、使い捨てプローブは、複数の制御可能なオリフィスをさらに備えている。一実施形態において、第1のオリフィスが、第1の指示電極への第1の流体路を提供するように構築および配列され、第2のオリフィスが、第2の指示電極への流体路を提供するように構築および配列されている。A system for obtaining PH measurements includes a disposable probe and a reader. The disposable probe includes a plurality of indicator electrodes and at least one reference electrode. The reader is configured to operably engage the disposable probe and provide pH information for the sample. In one embodiment, the disposable probe further comprises a plurality of controllable orifices. In one embodiment, the first orifice is constructed and arranged to provide a first fluid path to the first indicator electrode, and the second orifice provides a fluid path to the second indicator electrode. Has been constructed and sequenced.

Description

(関連出願の引用)
本願は、米国仮特許出願第61/531,546号(2011年9月6日出願、Clark、他、名称「MESUREMENT DEVICE WITH READER AND DISPOSABLE PROBE」)に関連する。該出願の開示は、その全体が参照により引用される。
(Citation of related application)
This application is related to US Provisional Patent Application No. 61 / 531,546 (filed Sep. 6, 2011, Clark, et al., “MESUREMENT DEVICE WITH READER AND DISPOSABLE PROBE”). The disclosure of that application is incorporated by reference in its entirety.

以下の情報は、読者が以下に説明する技術およびそのような技術を利用することができるある特定の環境についての理解を支援するよう提供されている。本明細書で用いられる用語は、本明細書において別段の明示の指定がなければ、任意の特定の狭義の解釈に限定されるものではない。本明細書に記載された技術文献は、技術およびその背景の理解を容易にすることができる。本明細書において参照により引用する技術文献は全て、参照することによって、その全体として本明細書に組み込まれる。   The following information is provided to assist the reader in understanding the techniques described below and certain environments in which such techniques can be utilized. The terminology used herein is not intended to be limited to any particular narrow interpretation unless explicitly stated otherwise herein. The technical literature described herein can facilitate understanding of the technology and its background. All technical literature cited herein by reference is incorporated herein by reference in its entirety.

電位差原理を利用した典型的なpHセンサは、基準電解液と、検体溶液(この検体溶液のpHが測定値される)内に浸漬されまたはこれと接触状態にある指示電極と、基準電解液中に浸漬された基準電極と、基準電極および指示電極と電気的接続状態にある測定値回路、例えば、電位差回路とを含む。電位差回路は、指示電極と基準電極の電位差を測定する。指示電極および基準電極が浸漬されている電解液間のイオン接触により、これら電極間の電気的接続が可能である。試料または検体電解液のpH値(これは、試料電解液中の水素イオンの濃度に比例する)は、ネルンストの式に従って指示電極に生じた電位差と直接的な相関関係にある。   A typical pH sensor using the potential difference principle includes a reference electrolyte, an indicator electrode immersed in or in contact with a sample solution (the pH of the sample solution is measured), and a reference electrolyte. And a measurement value circuit in electrical connection with the reference electrode and the indicator electrode, for example, a potential difference circuit. The potential difference circuit measures the potential difference between the indicator electrode and the reference electrode. Electrical connection between the electrodes is possible by ionic contact between the electrolyte in which the indicator and reference electrodes are immersed. The pH value of the sample or analyte electrolyte (which is proportional to the concentration of hydrogen ions in the sample electrolyte) is directly correlated with the potential difference generated at the indicator electrode according to the Nernst equation.

前述の構成では、正確な測定を行う上での重要な条件は、基準電極と基準電解液中に生じた電位差が一定に維持され、電位差回路からの示度値が指示電極における電位差のみ、すなわち、電解液中のpHだけを表すようにすることにある。この条件を満たすため、一般的な構成では、基準電極を飽和基準電解液中に浸漬させるとともに、飽和基準電解液と試料または検体電解液との間に位置決めされた小さな「窓」を設け、それにより飽和基準電解液と試料または検体電解液とのイオン接触、ひいては、電気的接続をもたらすようにしている。「窓」は、通常、多孔質材料、例えば、多孔質ガラス膜、親水性多孔質ポリマー膜等で作られる。「窓」の多孔性により、飽和基準電解液と試料または検体電解液との間に無視できないほどの物質移動が生じ、それにより両方の電解液の交差汚染が生じる。   In the above-described configuration, the important condition for accurate measurement is that the potential difference generated between the reference electrode and the reference electrolyte is kept constant, and the reading from the potential difference circuit is only the potential difference at the indicator electrode, that is, The purpose is to represent only the pH in the electrolyte. In order to satisfy this condition, the general configuration is to immerse the reference electrode in the saturated reference electrolyte and provide a small “window” positioned between the saturated reference electrolyte and the sample or analyte electrolyte. Thus, ionic contact between the saturated reference electrolyte and the sample or analyte electrolyte, and thus electrical connection, is provided. The “window” is usually made of a porous material, such as a porous glass membrane, a hydrophilic porous polymer membrane or the like. The porosity of the “window” causes a non-negligible mass transfer between the saturated reference electrolyte and the sample or analyte electrolyte, thereby causing cross-contamination of both electrolytes.

そのような汚染に起因して生じる飽和基準電解液の希釈は、これが基準電極の電位差を変化させるので大きな問題となる場合がある。汚染はまた、pHセンサの安定性を劣化させるとともにpHセンサの寿命を短くする。pHセンサの寸法を減少させているので(例えば、極めて小さな、マイクロレベル、マイクロスケール、またはそれよりも小さな寸法に)、問題は、飽和基準電解液の体積が試料電解液と比較して極めて小さいので深刻化する。例えば、マイクロスケールまたはこれよりも小さなpHセンサが人体内に植え込まれて生理学的pH(例えば、心筋pH)を測定するために用いられる用途の場合、飽和基準電解液の体積は、pHが測定される心筋組織の体積と比較して極めて小さい。そのようなスケールでは、飽和基準電解液は、マクロスケールガラス管型pHセンサの場合よりも極めて迅速に希釈される。pHセンサ、例えば、マイクロスケールpHセンサの有効寿命に悪影響を及ぼす別の要因は、基準電極の耐久性である。多くの場合、基準電極の導電性材料は、次第に溶解し、飽和基準電解液中に消費される。基準電極の溶解および消費中のある時点において、pHセンサの有効寿命が終わる。   Dilution of the saturated reference electrolyte caused by such contamination can be a major problem because it changes the potential difference of the reference electrode. Contamination also degrades the stability of the pH sensor and shortens the life of the pH sensor. The problem is that the volume of the saturation reference electrolyte is very small compared to the sample electrolyte because the size of the pH sensor is reduced (eg, to very small, micro-level, microscale, or smaller) So it gets worse. For example, in applications where a microscale or smaller pH sensor is implanted in the human body and used to measure physiological pH (eg, myocardial pH), the volume of the saturated reference electrolyte is measured by the pH. It is extremely small compared to the volume of myocardial tissue. On such a scale, the saturated reference electrolyte is diluted much more rapidly than in the case of a macroscale glass tube pH sensor. Another factor that adversely affects the useful life of pH sensors, eg, microscale pH sensors, is the durability of the reference electrode. In many cases, the conductive material of the reference electrode gradually dissolves and is consumed in the saturated reference electrolyte. At some point during the dissolution and consumption of the reference electrode, the useful life of the pH sensor ends.

本発明の概念の第1の側面によると、pH測定値を取得するためのシステムが、開示される。本システムは、使い捨てプローブおよび読み取り機を備えている。使い捨てプローブは、複数の指示電極および少なくとも1つの基準電極を含む。読み取り機は、使い捨てプローブと動作可能に係合し、試料に関するpH情報を提供するように構築および配列される。   According to a first aspect of the inventive concept, a system for obtaining pH measurements is disclosed. The system includes a disposable probe and a reader. The disposable probe includes a plurality of indicator electrodes and at least one reference electrode. The reader is constructed and arranged to operably engage the disposable probe and provide pH information about the sample.

いくつかの実施形態では、使い捨てプローブは、第1の指示電極への第1の流体路を提供するように構築および配列される第1の制御可能なオリフィス、および第2の指示電極への第2の流体路を提供するように構築および配列される第2の制御可能なオリフィス等の複数の制御可能なオリフィスを含む。代替実施形態では、第1の制御可能なオリフィスは、第1の指示電極への流体路を提供するように構築および配列され、第2の制御可能なオリフィスは、第1の基準電極への第2の流体路を生成するように構築および配列される。   In some embodiments, the disposable probe has a first controllable orifice constructed and arranged to provide a first fluid path to the first indicator electrode, and a first to the second indicator electrode. A plurality of controllable orifices, such as a second controllable orifice, constructed and arranged to provide two fluid paths. In an alternative embodiment, the first controllable orifice is constructed and arranged to provide a fluid path to the first indicator electrode, and the second controllable orifice is the first control electrode to the first reference electrode. Constructed and arranged to produce two fluid paths.

本システムは、読み取り機内に位置付けられる、電子機器モジュール等の1つ以上の制御可能なオリフィスを作動するように構成される電子機器モジュールを含み得る。読み取り機は、pH情報を表示すること、および情報がシステムのオペレータによって入力されることを可能にする等、電子機器モジュールと通信するように構成されるユーザインターフェースを備え得る。電子モジュールは、メモリおよび他の電子マイクロコントローラ構成要素を含み得る。これらの構成要素は、第1の電極、次いで、第2の電極等への流体路を選択的に開放する等のために、ある制御可能なオリフィスから別の制御可能なオリフィスに連続的に移行するために使用され得る(例えば、メモリ内に記憶されたルックアップテーブルの使用を通して)。流体路は、流体が、指示電極および/または基準電極等の電極に動作可能に送達され得るように、基準溶液および/または試料溶液等の1つ以上の溶液に流動的に接続され得る。   The system may include an electronics module configured to actuate one or more controllable orifices, such as electronics module, positioned in the reader. The reader may comprise a user interface configured to communicate with the electronics module, such as displaying pH information and allowing information to be entered by the system operator. The electronic module may include memory and other electronic microcontroller components. These components continuously transition from one controllable orifice to another controllable orifice, such as to selectively open a fluid path to the first electrode, then the second electrode, etc. (E.g., through the use of a lookup table stored in memory). The fluid path can be fluidly connected to one or more solutions, such as a reference solution and / or a sample solution, so that fluid can be operatively delivered to an electrode, such as an indicator electrode and / or a reference electrode.

いくつかの実施形態では、制御可能なオリフィスは、多層膜等の膜を備えている。加熱要素は、加熱要素が作動されると(例えば、温度変化によって生成される機械的力により)、膜を破裂または別様に開放させる等のために、膜内、上、またはそれに近接して位置付けられ得る。加熱要素は、金および/またはクロムあるいは他の金属から作製されるコイル等、電流がそれを通して通過されるにつれて、加熱するように構成されるコイルを備え得る。本発明の概念の膜および/または加熱要素は、MEMSあるいは他の自動化および/または層化製造プロセスによって作製され得る。   In some embodiments, the controllable orifice comprises a membrane, such as a multilayer membrane. When the heating element is actuated (eg, by a mechanical force generated by a temperature change), the heating element may be in, on or close to, such as to rupture or otherwise open the film. Can be positioned. The heating element may comprise a coil configured to heat as current is passed through it, such as a coil made of gold and / or chromium or other metal. The inventive membrane and / or heating element can be made by MEMS or other automated and / or layered manufacturing processes.

本発明の概念の指示電極は、酸化イリジウム電極を備え得る。使い捨てプローブは、少なくとも9つ、少なくとも30、または少なくとも90の指示電極等、複数の指示電極を含み得る。一実施形態では、使い捨てプローブは、3つ以上の指示電極および少なくとも2つの基準電極を備えている。基準電極は、銀塩化銀電極および/または酸化イリジウム電極を備え得る。   The indicator electrode of the inventive concept may comprise an iridium oxide electrode. The disposable probe can include a plurality of indicator electrodes, such as at least nine, at least 30, or at least 90 indicator electrodes. In one embodiment, the disposable probe comprises three or more indicator electrodes and at least two reference electrodes. The reference electrode can comprise a silver-silver chloride electrode and / or an iridium oxide electrode.

本発明の概念の指示および/または基準電極は、壁付きチャンバによって囲まれ得る。チャンバは、試料溶液等の溶液をチャンバ中に引き込む等のために、真空チャンバ(例えば、完全または部分的真空内の環境を伴うチャンバ)を備え得る。代替として、1つ以上の通気口が、チャンバ中への試料流体等の流体の流入を改善する等のために、チャンバと流体連通し得る。チャンバは、親水性材料を備え得、および/または親水性コーティング等のコーティングを含み得る。代替として、または加えて、チャンバの壁は、別様に、チャンバ中に溶液を引き込むように、または別様にそこへの溶液の流動を改善するように構築および配列され得る(例えば、勾配がつけられる)。   The indication of the inventive concept and / or the reference electrode may be surrounded by a walled chamber. The chamber may comprise a vacuum chamber (eg, a chamber with an environment in full or partial vacuum), such as for drawing a solution such as a sample solution into the chamber. Alternatively, one or more vents may be in fluid communication with the chamber, such as to improve the inflow of fluid, such as sample fluid, into the chamber. The chamber can comprise a hydrophilic material and / or can include a coating, such as a hydrophilic coating. Alternatively or additionally, the walls of the chamber can be constructed and arranged differently to draw the solution into the chamber or otherwise improve the flow of the solution into it (e.g., the gradient is Attached).

本発明の概念の指示および/または基準電極は、チタン搭載パッド等の搭載パッドの有無にかかわらず、基板に搭載され得る。本発明の概念の指示および/または基準電極は、MEMSあるいは他の自動化および/または層化製造プロセスによって作製され得る。   An indication of the inventive concept and / or a reference electrode can be mounted on a substrate with or without a mounting pad such as a titanium mounting pad. An indication of the inventive concept and / or a reference electrode may be made by MEMS or other automated and / or layered manufacturing processes.

本発明の概念の使い捨てプローブは、液界を含み得、キャップが、液界の乾燥を防止するため、および/または別様に、使い捨てプローブの遠位端を保護するために含まれ得る。塩化カリウム(KCL)基準溶液等の基準溶液が、システム内に含まれ得る。指示または基準電極等のシステムの1つ以上の構成要素は、ガラス、シリコン、またはプラスチック基板等の基板に搭載され得る。2つ以上の指示電極および1つ以上の基準電極の多数の組み合わせが、基板に搭載され得る。   A disposable probe of the inventive concept may include a liquid boundary, and a cap may be included to prevent drying of the liquid boundary and / or alternatively to protect the distal end of the disposable probe. A reference solution such as a potassium chloride (KCL) reference solution may be included in the system. One or more components of the system, such as the indicator or reference electrode, can be mounted on a substrate, such as a glass, silicon, or plastic substrate. Numerous combinations of two or more indicator electrodes and one or more reference electrodes can be mounted on the substrate.

本発明の概念のシステムは、pH示度値を決定するため、および/またはpH示度値の較正を支援するために、システムの電子機器モジュールによって使用される1つ以上のセンサ等、1つ以上のセンサを含み得る。典型的センサは、限定ではないが、圧力センサ、湿度センサ、およびこれらの組み合わせを含む。一実施形態では、センサは、読み取り機内に含まれる。代替として、または加えて、センサは、使い捨てプローブ内に含まれ得る。   The inventive system includes one or more sensors, such as one or more sensors used by the electronics module of the system to determine pH readings and / or to assist in the calibration of pH readings. The above sensors can be included. Exemplary sensors include, but are not limited to, pressure sensors, humidity sensors, and combinations thereof. In one embodiment, the sensor is included in the reader. Alternatively or additionally, the sensor can be included in a disposable probe.

典型的実施形態では、本発明のシステムは、複数の使い捨てプローブを含み、各々が、読み取り機に動作可能に係合するように構築および配列される。   In an exemplary embodiment, the system of the present invention includes a plurality of disposable probes, each constructed and arranged to operably engage a reader.

本明細書において説明する技術は、その属性および付随する利点とともに、添付の図面と関連して行われる以下の詳細な説明を考慮することによって、最も良く理解されよう。なお、添付の図面には、代表的な実施形態が例示として記載されている。   The techniques described herein, together with their attributes and attendant advantages, will be best understood by considering the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings. In the accompanying drawings, representative embodiments are described as examples.

図1は、pHセンサの実施形態の上面図を図示する。FIG. 1 illustrates a top view of an embodiment of a pH sensor. 図2は、図1に図示されるA−A’に沿った図1のpHセンサの断面図を図示する。FIG. 2 illustrates a cross-sectional view of the pH sensor of FIG. 1 along A-A 'illustrated in FIG. 図3は、別のpHセンサの実施形態の断面図を図示する。FIG. 3 illustrates a cross-sectional view of another pH sensor embodiment. 図4は、別のpHセンサの実施形態の断面図を図示する。FIG. 4 illustrates a cross-sectional view of another pH sensor embodiment. 図5は、使い捨てプローブおよび読み取り機を備えているシステムの実施形態の上面図を図示する。FIG. 5 illustrates a top view of an embodiment of a system comprising a disposable probe and reader. 図6は、センサのアレイの概略図を図示する。FIG. 6 illustrates a schematic diagram of an array of sensors. 図6aは、制御可能なオリフィスの上面図を図示する。FIG. 6a illustrates a top view of the controllable orifice. 図7は、センサのアレイの横断面図を図示する。FIG. 7 illustrates a cross-sectional view of an array of sensors. 図7aは、作動プロセスが生じた後の図7のアレイの横断面図を図示する。FIG. 7a illustrates a cross-sectional view of the array of FIG. 7 after the actuation process has occurred. 図8は、センサのアレイの別の実施形態の横断面図を図示する。FIG. 8 illustrates a cross-sectional view of another embodiment of an array of sensors. 図8aは、作動プロセスが生じた後の図8のアレイの横断面図を図示する。FIG. 8a illustrates a cross-sectional view of the array of FIG. 8 after the actuation process has occurred. 図9は、センサのアレイを製造するプロセスを図示する。FIG. 9 illustrates a process for manufacturing an array of sensors. 図10は、センサのアレイの別の実施形態の横断面図を図示する。FIG. 10 illustrates a cross-sectional view of another embodiment of an array of sensors. 図10aは、第1のオリフィスが開放された後の図10のアレイの横断面図を図示する。FIG. 10a illustrates a cross-sectional view of the array of FIG. 10 after the first orifice has been opened. 図10bは、第2のオリフィスが開放された後の図10のアレイの横断面図を図示する。FIG. 10b illustrates a cross-sectional view of the array of FIG. 10 after the second orifice has been opened. 図10cは、複数の指示電極および複数の基準電極を備えているセンサのアレイの横断面図を図示する。FIG. 10c illustrates a cross-sectional view of an array of sensors comprising a plurality of indicator electrodes and a plurality of reference electrodes.

次に、本技術の実施形態を詳細に参照するが、その実施例は、付随の図面に図示される。同一の参照番号は、図面全体を通して、同一または類似部品を指すために使用される。   Reference will now be made in detail to embodiments of the present technology, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. The same reference numbers are used throughout the drawings to refer to the same or like parts.

本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられている単数形「a」、「an」、および「the」という単語は、別段の明示の規定がなければ複数を含む。したがって、例えば、「a bubble」という記載は、複数のそのような泡および当業者に知られているその均等物を含み、その他も同様であって、「the bubbles」という記載は、1つまたは2つ以上のそのような泡および当業者に知られている泡の均等物であり、その他も同様である。   As used herein and in the appended claims, the singular forms “a”, “an”, and “the” include the plural unless the context clearly dictates otherwise. Thus, for example, reference to “a bubble” includes a plurality of such bubbles and equivalents known to those skilled in the art, and the like, and the description “the bubbles” is one or Two or more such foams and foam equivalents known to those skilled in the art, and so on.

さらに、本明細書で使用されるとき、単語「comprising(備えている)」(ならびに、「comprise」および「comprises」等のcomprisingの任意の形態)、「having(有する)」(ならびに、任意の「have」および「has」等の任意の形態)、「including(含む)」(ならびに、「includes」および「include」等のincludingの任意の形態)、または「containing(含有する)」(ならびに、「contains」および「contain」等のcontainingの任意の形態)は、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を規定するが、1つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらの群の存在あるいは追加を除外するものではないことを理解されたい。   Further, as used herein, the words “comprising” (and any form of comprising such as “comprise” and “comprises”), “having” (and any Any form such as “have” and “has”), “including” (and any form of inclusion such as “includes” and “include”), or “containing” (and (Any form of continging, such as “contains” and “contain”) defines the presence of the stated feature, integer, step, action, element, and / or component, but one or more other features, Integer, step, action, element, structure Elements, and / or it will be understood that it is not intended to exclude the presence or addition of groups thereof.

用語「第1」、「第2」、「第3」等は、種々の限界、要素、構成要素、領域、層、および/または区画を説明するために、本明細書で使用され得るが、これらの限界、要素、構成要素、領域、層および/または区画は、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解されるであろう。これらの用語は、ある限界、要素、構成要素、領域、層、または区画を別の限界、要素、構成要素、領域、層または区画から区別するために使用されるにすぎない。したがって、以下に論じられる第1の限界、要素、構成要素、領域、層、または区画は、本願の教示から逸脱することなく、第2の限界、要素、構成要素、領域、層または区画とも称され得る。   The terms “first”, “second”, “third”, etc. may be used herein to describe various limits, elements, components, regions, layers, and / or compartments, It will be understood that these limits, elements, components, regions, layers and / or compartments should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one limit, element, component, region, layer or section from another limit, element, component, region, layer or section. Accordingly, the first limit, element, component, region, layer, or section discussed below is also referred to as the second limit, element, component, region, layer, or section without departing from the teaching of the present application. Can be done.

さらに、ある要素が、別の要素「on(上にある)」、あるいはそれに「attached(取り付けられる)」、「connected(接続される)」、または「coupled(連結される)」と称されるとき、直接、他の要素上またはその上方にあること、あるいはそれに接続または連結されることができ、介在要素が、存在することができると理解されたい。対照的に、ある要素が、別の要素の「directly on(直接上にある)」、あるいはそれに「directly connected(直接接続される)」、または「directly coupled(直接連結される)」と称されるとき、介在要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の単語も、同様の方式で解釈されるべきである(例えば、「between(その間)」対「directly between(直接その間)」、「adjacent(隣接して)」対「directly adjacent(直接隣接して)」等)。ある要素が、本明細書において、別の要素を「覆って(over)」いると称されるとき、他の要素の上方または下方にあることができ、直接、他の要素に連結されるか、または介在要素が、存在し得るか、あるいは要素が、隙間または間隙によって離間され得るかのいずれかであることができる。   In addition, one element is referred to as another element “on” or “attached”, “connected” or “coupled” to it. It should be understood that sometimes intervening elements can be present, which can be directly on or above other elements, or connected or coupled thereto. In contrast, an element is referred to as “directly on”, or “directly connected”, or “directly coupled” to another element. There are no intervening elements. Other words used to describe the relationship between elements should be interpreted in a similar manner (eg, “between” vs. “directly between”, “adjacent”) And “directly adjacent” etc.)). When an element is referred to herein as “over” another element, it can be above or below the other element and can be directly coupled to the other element? Or intervening elements can be present or the elements can be separated by a gap or gap.

用語「および/または(and/or)」は、本明細書で使用される場合、他方の有無にかかわらず、2つの規定された特徴または構成要素のそれぞれの具体的開示として捉えられるべきである。例えば、「Aおよび/またはB」は、各々が、個々に本明細書に記載される場合と同様に、(i)A、(ii)B、(iii)AおよびBの各々の具体的開示として捉えられるべきである。   The term “and / or” as used herein should be taken as specific disclosure of each of the two defined features or components, with or without the other. . For example, “A and / or B” is a specific disclosure of each of (i) A, (ii) B, (iii) A and B, each as individually described herein. Should be taken as

図1は、国際特許出願第PCT/US2010/045847号に説明され、その内容が、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる、pHセンサ等のマイクロスケールまたはそれより小さい(例えば、ナノスケール)寸法に容易に形成される、種々の実施形態による、pHセンサ10の上面図を図示する。用語「マイクロスケール」は、本明細書のpHセンサと関連して使用される場合、1センチメートル未満の寸法を有するセンサを指す。いくつかの実施形態では、本明細書のpHセンサの寸法は、マイクロおよび/またはナノ加工技法を受けることができる。いくつかの実施形態では、基準電解液体積は、20立方mm以下であった。   FIG. 1 is described in International Patent Application No. PCT / US2010 / 045847, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety, such as microscale or smaller (eg, nanometers). FIG. 4 illustrates a top view of pH sensor 10 according to various embodiments that are easily formed to scale dimensions. The term “microscale” when used in connection with the pH sensor herein refers to a sensor having a dimension of less than 1 centimeter. In some embodiments, the dimensions of the pH sensor herein can be subjected to micro and / or nano fabrication techniques. In some embodiments, the reference electrolyte volume was 20 cubic mm or less.

図2は、pHセンサ10の断面図(図1に図示される線A−A’に沿って切り取られた)を図示する。いくつかの実施形態では、pHセンサ10は、例えば、低侵襲的技法を使用して、体内(すなわち、ヒトまたは動物)へのその埋込を可能にする、サイズおよび構成に形成されることができる。いくつかの実施形態では、pHセンサの長さ、幅、および高さは各々、1センチメートル未満であった。そのようなマイクロスケールpHセンサ10は、例えば、試料電解質、試料組織等のpHを測定するための種々の用途において使用され得る。そのような用途として、マイクロスケールpHセンサ10が、心筋組織、脳組織、肝臓組織、腎臓組織、肺組織等のpHを測定するよう利用される医療用途が挙げられる。   FIG. 2 illustrates a cross-sectional view (taken along line A-A ′ illustrated in FIG. 1) of the pH sensor 10. In some embodiments, the pH sensor 10 may be sized and configured to allow its implantation into the body (ie, a human or animal) using, for example, minimally invasive techniques. it can. In some embodiments, the length, width, and height of the pH sensor were each less than 1 centimeter. Such a microscale pH sensor 10 can be used in various applications for measuring the pH of a sample electrolyte, sample tissue, and the like. Such applications include medical applications in which the microscale pH sensor 10 is used to measure the pH of myocardial tissue, brain tissue, liver tissue, kidney tissue, lung tissue, and the like.

図1および2の代表的実施形態では、pHセンサ10は、基板12、第1の電極14、第2の電極16、泡を輸送するためのシステム18、流体閉ループチャネル20、液界22、カバー24、複数の接続パッド26a−26e、および複数の導体28a−28eを含む(図1参照)。   In the exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2, the pH sensor 10 includes a substrate 12, a first electrode 14, a second electrode 16, a system 18 for transporting bubbles, a closed fluid loop channel 20, a liquid boundary 22, a cover. 24, a plurality of connection pads 26a-26e, and a plurality of conductors 28a-28e (see FIG. 1).

基板12は、例えば、任意の好適なタイプの材料、すなわち、例えば、それが支持する種々の電極および他の層の製作を受けることができる材料を含み得る。好適な材料として、例えば、シリコンベースの材料(例えば、シリコン、ガラス等)、非シリコンベースの材料、ポリマー材料(例えば、ポリジメチルシロキサンまたはPDMS)、および他の材料が挙げられる。センサが、体内に埋め込まれるべき場合、材料は、例えば、生体適合性であることができる。いくつかの実施形態では、例えば、基板12は、ガラス基板である。第1の電極14は、指示または感知電極として機能し、例えば、任意の好適なタイプの材料を含み得る。一般に、第1の電極14のための材料は、広いpH応答範囲、高い感度、迅速な応答時間、低い潜在的なドリフト、撹拌に対する不敏感性、広い温度動作範囲及び広い動作圧力範囲を示すことが望ましい。   The substrate 12 can include, for example, any suitable type of material, i.e., a material that can undergo fabrication of various electrodes and other layers that it supports, for example. Suitable materials include, for example, silicon based materials (eg, silicon, glass, etc.), non-silicon based materials, polymeric materials (eg, polydimethylsiloxane or PDMS), and other materials. If the sensor is to be implanted in the body, the material can be, for example, biocompatible. In some embodiments, for example, the substrate 12 is a glass substrate. The first electrode 14 functions as an indicating or sensing electrode and may include, for example, any suitable type of material. In general, the material for the first electrode 14 exhibits a wide pH response range, high sensitivity, rapid response time, low potential drift, insensitivity to agitation, wide temperature operating range and wide operating pressure range. Is desirable.

第1の電極14は、例えば、イオン選択性電界効果トランジスタ(ISFET)または金属酸化物電極を含むことができる。ISFETは、固体集積回路の一部である。ISFETは、迅速な応答時間(1ミリ秒台)を示し、生体内用途において極めて頑丈である。   The first electrode 14 can include, for example, an ion selective field effect transistor (ISFET) or a metal oxide electrode. An ISFET is part of a solid state integrated circuit. ISFETs exhibit rapid response times (on the order of 1 millisecond) and are extremely rugged for in vivo applications.

金属酸化物電極の場合、いくつかの金属酸化物が、第1の電極14において使用するために好適である。金属酸化物は、例えば、基板12上に堆積または形成される、伝導性(例えば、金属)層上に堆積されることができる。金属酸化物フィルムまたは層(例えば、酸化イリジウム)は、例えば、電位サイクリング、反応性スパッタリング、陽極電着、熱酸化、およびその他を介した電気化学酸化を含む、種々の技法を介して生成されることができる。いくつかの実施形態では、第1の電極14は、白金および酸化イリジウムを含む。そのような実施形態の場合、白金は、基板12上に堆積されることができ、酸化イリジウムは、白金上に形成または堆積されることができる。他の実施形態によると、第1の電極14は、クロムおよび酸化イリジウムを含む。そのような実施形態の場合、クロムは、基板12上に形成されることができ、酸化イリジウムは、クロム上に形成されることができる。他の実施形態によると、第1の電極14は、チタンおよび酸化イリジウムを含む。そのような実施形態の場合、チタンは、基板12上に形成されることができ、酸化イリジウムは、チタン上に形成されることができる。第1の電極14は、pHが測定されるべき試料溶液/電解質と接触するように位置付けられる(例えば、試料組織内)。   In the case of metal oxide electrodes, several metal oxides are suitable for use in the first electrode 14. The metal oxide can be deposited on a conductive (eg, metal) layer, for example, deposited or formed on the substrate 12. Metal oxide films or layers (eg, iridium oxide) are produced via various techniques including, for example, electrochemical oxidation via potential cycling, reactive sputtering, anodic electrodeposition, thermal oxidation, and others. be able to. In some embodiments, the first electrode 14 includes platinum and iridium oxide. For such embodiments, platinum can be deposited on the substrate 12 and iridium oxide can be formed or deposited on the platinum. According to another embodiment, the first electrode 14 includes chromium and iridium oxide. For such embodiments, chromium can be formed on the substrate 12 and iridium oxide can be formed on the chromium. According to another embodiment, the first electrode 14 includes titanium and iridium oxide. For such embodiments, titanium can be formed on the substrate 12 and iridium oxide can be formed on the titanium. The first electrode 14 is positioned in contact with the sample solution / electrolyte whose pH is to be measured (eg, within the sample tissue).

第2の電極16は、基準電極として機能し、任意の好適なタイプの材料を含み得る。望ましくは、基準電極16は、電解液中に一定または実質的に一定の電位を維持する。いくつかの実施形態では、第2の電極16は、白金および銀を含む。そのような実施形態の場合、白金は、例えば、基板12上に形成または堆積されることができ、銀は、白金上に形成または堆積されることができる。他の実施形態によると、第2の電極16は、白金および塩化銀を含む。そのような実施形態の場合、白金は、例えば、基板12上に形成または堆積されることができ、塩化銀は、白金上に形成または堆積されることができる。他の実施形態によると、第2の電極16は、クロムおよび銀を含む。そのような実施形態の場合、クロムは、例えば、基板12上に形成または堆積されることができ、銀は、クロム上に形成されることができる。他の実施形態によると、第2の電極16は、クロムおよび塩化銀を含む。そのような実施形態の場合、クロムは、例えば、基板12上に形成または堆積されることができ、塩化銀は、クロム上に形成されることができる。他の実施形態によると、第2の電極16は、チタンおよび銀を含む。そのような実施形態の場合、チタンは、例えば、基板12上に形成または堆積されることができ、銀は、チタン上に形成されることができる。他の実施形態によると、第2の電極16は、チタンおよび塩化銀を含む。そのような実施形態の場合、チタンは、例えば、基板12上に形成または堆積されることができ、塩化銀は、チタン上に形成または堆積されることができる。第2の電極16は、流体閉ループチャネル20内の基準溶液と接触するように位置付けられる。   The second electrode 16 functions as a reference electrode and may include any suitable type of material. Desirably, the reference electrode 16 maintains a constant or substantially constant potential in the electrolyte. In some embodiments, the second electrode 16 includes platinum and silver. For such embodiments, platinum can be formed or deposited, for example, on substrate 12, and silver can be formed or deposited on platinum. According to another embodiment, the second electrode 16 comprises platinum and silver chloride. For such embodiments, platinum can be formed or deposited, for example, on substrate 12, and silver chloride can be formed or deposited on platinum. According to other embodiments, the second electrode 16 includes chromium and silver. In such an embodiment, chrome can be formed or deposited on substrate 12, for example, and silver can be formed on chrome. According to other embodiments, the second electrode 16 comprises chromium and silver chloride. For such embodiments, chrome can be formed or deposited on substrate 12, for example, and silver chloride can be formed on chrome. According to another embodiment, the second electrode 16 comprises titanium and silver. In such an embodiment, titanium can be formed or deposited on the substrate 12, for example, and silver can be formed on the titanium. According to another embodiment, the second electrode 16 comprises titanium and silver chloride. For such embodiments, titanium can be formed or deposited, for example, on substrate 12, and silver chloride can be formed or deposited on titanium. The second electrode 16 is positioned in contact with a reference solution in the fluid closed loop channel 20.

泡輸送システム18ならびに泡30および32は、流体スイッチまたはコントローラ19として、液界22および流体チャネル20内の基準検体溶液と連動して動作する。流体スイッチ19は、例えば、pHセンサ10をオン状態またはオフ状態にするように動作可能である。流体スイッチ19は、液界22等の流体輸送部材と基準電解液との間の障壁を提供するために好適な任意のタイプの流体スイッチであり得る。いくつかの実施形態では、流体スイッチ19は、例えば、検体溶液と基準溶液との間のイオン性電気接続を分断することによって、pHセンサ10(または、別のデバイス)をオフおよびオンにするように動作可能である。流体スイッチ19はまた、検体溶液と基準溶液との間の質量移動を低減または排除するように動作可能であることができる。   Foam transport system 18 and foams 30 and 32 operate as a fluid switch or controller 19 in conjunction with a liquid analyte 22 and a reference analyte solution in fluid channel 20. The fluid switch 19 is operable, for example, to turn the pH sensor 10 on or off. The fluid switch 19 can be any type of fluid switch suitable for providing a barrier between a fluid transport member, such as the liquid boundary 22, and a reference electrolyte. In some embodiments, the fluid switch 19 turns the pH sensor 10 (or another device) off and on, for example, by breaking the ionic electrical connection between the analyte solution and the reference solution. It is possible to operate. The fluid switch 19 can also be operable to reduce or eliminate mass transfer between the analyte solution and the reference solution.

いくつかの実施形態では、以下により詳細に説明されるように、泡輸送システム18は、例えば、切り替え機能性をもたらす誘電体エレクトロウェッティング原理を使用することができる。種々の実施形態によると、泡輸送システム18は、例えば、複数の電極を含むことができる。図示される実施形態では、泡輸送システム18は、3つの電極18a、18b、および18cを含む。泡輸送システム18は、任意の好適なタイプの材料を含み得る。種々の実施形態では、泡輸送システム18は、白金、絶縁層(例えば、酸化ケイ素、パリレン等)、および疎水性層(例えば、フッ化炭素疎水性層)を含む。そのような実施形態では、白金は、例えば、基板12上に形成または堆積されることができ、絶縁層および疎水性層は、白金上に形成または堆積されることができる。他の実施形態によると、泡輸送システム18は、クロム、絶縁層、および疎水性層を含む。そのような実施形態の場合、クロムは、例えば、基板12上に形成または堆積されることができ、絶縁層および疎水性層は、クロム上に形成または堆積されることができる。泡輸送システム18は、流体閉ループチャネル20の基準溶液と直接接触するように位置付けられる。   In some embodiments, as will be described in more detail below, the foam transport system 18 may use, for example, a dielectric electrowetting principle that provides switching functionality. According to various embodiments, the foam transport system 18 can include, for example, a plurality of electrodes. In the illustrated embodiment, the foam transport system 18 includes three electrodes 18a, 18b, and 18c. Foam transport system 18 may include any suitable type of material. In various embodiments, the foam transport system 18 includes platinum, an insulating layer (eg, silicon oxide, parylene, etc.), and a hydrophobic layer (eg, a fluorocarbon hydrophobic layer). In such embodiments, platinum can be formed or deposited, for example, on the substrate 12, and the insulating and hydrophobic layers can be formed or deposited on the platinum. According to other embodiments, the foam transport system 18 includes chromium, an insulating layer, and a hydrophobic layer. For such embodiments, chrome can be formed or deposited, for example, on the substrate 12, and the insulating and hydrophobic layers can be formed or deposited on the chrome. The foam transport system 18 is positioned in direct contact with the reference solution in the fluid closed loop channel 20.

図1および2の代表的実施形態では、流体チャネル20は、集合的に、基板12およびカバー24によって画定される、閉ループチャネル20である。流体閉ループチャネル20は、例えば、任意の好適なタイプのイオン伝導性水性溶液を含むことができる。例えば、種々の実施形態によると、流体チャネル20は、飽和塩化カリウム溶液を含む。他の実施形態によると流体チャネル20は、飽和塩化銀溶液を含む。本明細書の流体チャネルは、閉ループ流体チャネルである必要はない。流体チャネルは、1つ以上の泡の移動を可能にするか、または、泡が、以下に説明されるように、チャネル内で発生される場合、流体チャネルは、1つ以上の泡が、所望の体積まで形成され得るように、液体の変位を可能にする。   In the exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2, the fluid channel 20 is a closed-loop channel 20 collectively defined by the substrate 12 and the cover 24. The fluid closed loop channel 20 can include, for example, any suitable type of ionically conductive aqueous solution. For example, according to various embodiments, the fluid channel 20 comprises a saturated potassium chloride solution. According to another embodiment, the fluid channel 20 comprises a saturated silver chloride solution. The fluid channel herein need not be a closed loop fluid channel. The fluid channel allows the movement of one or more bubbles, or if a bubble is generated within the channel, as described below, the fluid channel may have one or more bubbles desired. Allows displacement of the liquid so that it can be formed up to

図1に示されるように、いくつかの実施形態では、流体閉ループチャネル20は、泡輸送システム18を囲み、第1の泡30および第2の泡32を含む。第1の泡30は、飽和基準溶液を介して、第2の泡32に流体力学的に接続される。したがって、第1の泡30が、第1の位置から第2の位置に駆動されると、第2の泡32は、第3の位置から第4の位置に移動する。第3の位置は、図1および2では、実線で示される一方、第4の位置は、図1および2では、破線で示される。故に、第1の泡30は、「マスタ」泡と見なされ得、第2の泡32は、「スレーブ」泡と見なされ得る。第1および第2の泡30および32は、例えば、基準溶液中で不混和性である、任意の好適なタイプの流体材料を含み得る。少なくとも泡32は、例えば、検体溶液中で不混和性であることができる。例えば、種々の実施形態によると、第1および第2の泡30および32は、空気、油、空気以外の気体(例えば、水素、酸素、水素と酸素の混合物等)等を含み得る。   As shown in FIG. 1, in some embodiments, the fluid closed loop channel 20 surrounds the foam transport system 18 and includes a first foam 30 and a second foam 32. The first foam 30 is hydrodynamically connected to the second foam 32 via a saturated reference solution. Therefore, when the first bubble 30 is driven from the first position to the second position, the second bubble 32 moves from the third position to the fourth position. The third position is indicated by a solid line in FIGS. 1 and 2, while the fourth position is indicated by a broken line in FIGS. Thus, the first bubble 30 may be considered a “master” bubble and the second bubble 32 may be considered a “slave” bubble. The first and second bubbles 30 and 32 may comprise any suitable type of fluid material that is, for example, immiscible in the reference solution. At least the foam 32 can be immiscible in the analyte solution, for example. For example, according to various embodiments, the first and second bubbles 30 and 32 may include air, oil, a gas other than air (eg, hydrogen, oxygen, a mixture of hydrogen and oxygen, etc.), and the like.

本明細書で使用され場合、用語「泡」は、ある物質(流体)の別の流体(基準電解液)中における小滴または体積を指す。泡は、例えば、チャネル20内の液体(すなわち、飽和基準溶液)中で不混和性である気体またはチャネル20内の液体中で不混和性である液体から形成されることができる。   As used herein, the term “bubble” refers to a droplet or volume of one substance (fluid) in another fluid (reference electrolyte). The bubbles can be formed, for example, from a gas that is immiscible in the liquid in channel 20 (ie, a saturated reference solution) or a liquid that is immiscible in the liquid in channel 20.

液界22は、試料または検体電解液と流体閉ループチャネル20内に封入された基準溶液(例えば、飽和塩化カリウム)との間に位置付けられ、検体電解液と流体閉ループチャネル20内の基準溶液との間のイオン性電気接続を提供する。いくつかの実施形態では、液界22は、それを通して流体輸送が生じ得る部材であり、例えば、多孔性または浸透性材料を含み得る。例えば、種々の実施形態によると、液界22は、親水性多孔性ポリマーを含む。液界22のための多孔性材料は、例えば、1マイクロメートル未満の細孔サイズを有することができる。いくつかの実施形態では、液界22は、流体閉ループチャネル20内の溶液と試料電解液との間の質量交換を限定または最小限にするように設計される(例えば、多孔性材料の場合、細孔サイズを限定することによって)。図2に示されるように、液界22は、図示される実施形態では、基板12とカバー24との間に位置付けられる。   The liquid boundary 22 is positioned between the sample or analyte electrolyte and a reference solution (eg, saturated potassium chloride) encapsulated in the fluid closed loop channel 20, and between the analyte electrolyte and the reference solution in the fluid closed loop channel 20. Provides ionic electrical connection between. In some embodiments, the liquid boundary 22 is a member through which fluid transport can occur, and can include, for example, a porous or permeable material. For example, according to various embodiments, the liquid boundary 22 comprises a hydrophilic porous polymer. The porous material for the liquid boundary 22 can have a pore size of, for example, less than 1 micrometer. In some embodiments, the liquid boundary 22 is designed to limit or minimize mass exchange between the solution in the fluid closed loop channel 20 and the sample electrolyte (eg, for porous materials, By limiting the pore size). As shown in FIG. 2, the liquid boundary 22 is positioned between the substrate 12 and the cover 24 in the illustrated embodiment.

カバー24は、基板12に接続され、基板12と協働し、流体閉ループチャネル20を画定する。カバー24は、例えば、任意の好適なタイプの不浸透性材料を含み得る。埋め込み型pHセンサ10の場合、カバー24(および、有機体に接触する、pHセンサ10の他の構成要素)は、例えば、生体適合性であることができる。例えば、種々の実施形態によると、カバー24は、ガラスまたはポリジメチルシロキサンを含む。カバー24は、任意の好適な様式において、基板12に接続され得る。例えば、種々の実施形態によると、カバー24は、基板12に接合される。カバー24が、ガラスであり、基板12がPDMSであるいくつかの実施形態では、カバー24は、表面のOプラズマ処理後、単に、一緒に圧接することによって、基板12に容易に接合される。例えば、流体チャネル20幅が、比較的に大きい(例えば、約1mm以上)場合、接着剤が、カバー24を基板12に接合するために使用されることができる。 Cover 24 is connected to substrate 12 and cooperates with substrate 12 to define fluid closed loop channel 20. Cover 24 may include, for example, any suitable type of impermeable material. In the case of the implantable pH sensor 10, the cover 24 (and other components of the pH sensor 10 that contact the organism) can be, for example, biocompatible. For example, according to various embodiments, the cover 24 comprises glass or polydimethylsiloxane. Cover 24 may be connected to substrate 12 in any suitable manner. For example, according to various embodiments, the cover 24 is bonded to the substrate 12. In some embodiments where the cover 24 is glass and the substrate 12 is PDMS, the cover 24 is easily bonded to the substrate 12 simply by crimping together after surface O 2 plasma treatment. . For example, if the fluid channel 20 width is relatively large (eg, about 1 mm or more), an adhesive can be used to bond the cover 24 to the substrate 12.

前述のように、図1および2の図示される代表的実施形態では、複数の接続要素またはパッド26a−26eが、基板12に接続され、任意の好適なタイプの導体を含み得る。例えば、種々の実施形態によると、接続パッド26a−eは、白金を含む。他の実施形態によると、接続パッド26a−eは、クロムを含む。他の実施形態によると、接続パッド26a−eは、チタンを含む。他の実施形態によると、接続パッド26a−eは、金を含む。接続パッド26aは、導体28aを介して、第1の電極14に接続される。接続パッド26bは、導体28bを介して、第2の電極16に接続される。接続パッド26c、26d、および26eは、それぞれ、導体28c、28d、および28eを介して、泡輸送システム18の電極18a、18b、および18cに接続される。接続パッド26a−eは、pHセンサ10の外部の1つ以上の回路への第1の電極14、第2の電極16、ならびに流体スイッチ18の電極18a、18b、および18cの電気接続を提供する。図1に図示されるように、第1の電極14および第2の電極16は、例えば、当技術分野において既知の電位差計回路を含み得る、例えば、測定電子機器または回路40に接続されることができる。泡輸送システム18の電極18a、18b、および18cは、例えば、制御電子機器または回路50と電気接続することができる。   As described above, in the illustrated exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2, a plurality of connecting elements or pads 26a-26e are connected to the substrate 12 and may include any suitable type of conductor. For example, according to various embodiments, the connection pads 26a-e include platinum. According to another embodiment, the connection pads 26a-e include chrome. According to another embodiment, the connection pads 26a-e include titanium. According to another embodiment, the connection pads 26a-e include gold. The connection pad 26a is connected to the first electrode 14 through the conductor 28a. The connection pad 26b is connected to the second electrode 16 through the conductor 28b. Connection pads 26c, 26d, and 26e are connected to electrodes 18a, 18b, and 18c of foam transport system 18 via conductors 28c, 28d, and 28e, respectively. Connection pads 26a-e provide electrical connection of the first electrode 14, the second electrode 16, and the electrodes 18a, 18b, and 18c of the fluid switch 18 to one or more circuits external to the pH sensor 10. . As illustrated in FIG. 1, the first electrode 14 and the second electrode 16 may be connected to, for example, measurement electronics or circuitry 40, which may include, for example, a potentiometer circuit known in the art. Can do. The electrodes 18a, 18b, and 18c of the foam transport system 18 can be in electrical connection with, for example, control electronics or circuitry 50.

複数の導体28a−eは、例えば、基板12の表面上に形成され得、第1の電極14、第2の電極16、および電極18a−cをそれぞれの接続パッド26a−eに接続するように機能する。図1に示され、前述のように、第1の導体28aは、第1の電極14を第1の接続パッド26aに接続し、第2の導体28bは、第2の電極16を第2の接続パッド26bに接続する。同様に、個々の導体28c−eは、それぞれ、泡輸送システム18の電極18a−cを対応する接続パッド26c−eに接続する。導体28a−eは、例えば、任意の好適なタイプの伝導性材料を含み得る。例えば、種々の実施形態によると、導体28a−eは、白金を含む。他の実施形態によると、導体28a−eは、クロムを含む。他の実施形態によると、導体28a−eは、チタンを含む。他の実施形態によると、導体28a−eは、金を含む。   The plurality of conductors 28a-e can be formed, for example, on the surface of the substrate 12, so as to connect the first electrode 14, the second electrode 16, and the electrodes 18a-c to the respective connection pads 26a-e. Function. As shown in FIG. 1 and described above, the first conductor 28a connects the first electrode 14 to the first connection pad 26a, and the second conductor 28b connects the second electrode 16 to the second electrode 16a. Connect to the connection pad 26b. Similarly, each individual conductor 28c-e connects the electrode 18a-c of the foam transport system 18 to a corresponding connection pad 26c-e, respectively. The conductors 28a-e may include, for example, any suitable type of conductive material. For example, according to various embodiments, conductors 28a-e include platinum. According to another embodiment, conductors 28a-e include chromium. According to another embodiment, conductors 28a-e include titanium. According to other embodiments, conductors 28a-e include gold.

図1および2に図示される代表的実施形態の動作では、第1の電極14は、試料電解質(または、試料組織)に暴露される。pHセンサ10が、オフ状態にあるとき(流体スイッチ19を介して)、第1の泡30は、泡輸送システム18の「最も左側」(図の配向から見て)電極18a上に位置付けられ、第2の泡32は、液界22に対して位置付けられる。第1の泡30および第2の泡32の位置付けは、例えば、任意の好適な様式で実現され得る。例えば、種々の実施形態によると、誘電体エレクトロウェッティング技法が、利用され、第1の泡30および第2の泡32をそれぞれの位置に移動させ得る。そのような実施形態の場合、泡輸送システム18の「最も右側」電極18c、「中間」電極18bの順次作動が利用され、第1の泡30および第2の泡32をpHセンサ10のオフ状態に関連付けられたそれぞれの位置に移動させ得る。   In the operation of the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, the first electrode 14 is exposed to a sample electrolyte (or sample tissue). When the pH sensor 10 is in the off state (via the fluid switch 19), the first foam 30 is positioned on the “leftmost” electrode 18a of the foam transport system 18 (as viewed from the orientation of the figure), The second bubble 32 is positioned with respect to the liquid boundary 22. The positioning of the first bubble 30 and the second bubble 32 can be achieved, for example, in any suitable manner. For example, according to various embodiments, dielectric electrowetting techniques can be utilized to move the first bubble 30 and the second bubble 32 to their respective positions. In such an embodiment, sequential actuation of the “rightmost” electrode 18c and “intermediate” electrode 18b of the foam transport system 18 is utilized to place the first foam 30 and the second foam 32 in the off state of the pH sensor 10. Can be moved to their respective positions associated with.

オフ状態位置では、第2の泡32は、例えば、第2の電極16および液界22を覆って障壁を形成し、流体閉ループチャネル20内の試料電解質と飽和溶液との間の流体/電気(イオン性)接続を効果的に阻止し、それによって、飽和溶液中への第2の電極16の溶解を低減または防止し、液界22を通る質量交換を低減または防止することができる。第2の泡32が、前述のオフ状態位置にあるとき、不混和性相界面(例えば、気体−液体または液体−液体不混和性界面)が、液界22の細孔の表面内またはそこにおいて、第2の泡32と試料電解質との間に形成される。相間の界面張力(例えば、気相と液相との間の)は、流体閉ループチャネル20内への試料電解質の漏出を低減または阻止するように動作する。pHセンサ10をオフ状態に維持することは、オン状態に継続的に維持されるセンサと比較して、pHセンサ10の有効寿命を延長させる。   In the off-state position, the second bubble 32 forms, for example, a barrier over the second electrode 16 and the liquid boundary 22, and fluid / electricity between the sample electrolyte and the saturated solution in the fluid closed loop channel 20 ( The (ionic) connection can be effectively blocked, thereby reducing or preventing dissolution of the second electrode 16 in the saturated solution and reducing or preventing mass exchange through the liquid boundary 22. When the second bubble 32 is in the aforementioned off-state position, an immiscible phase interface (eg, a gas-liquid or liquid-liquid immiscible interface) is within or at the surface of the pores of the liquid boundary 22. , Formed between the second bubble 32 and the sample electrolyte. The interfacial tension between the phases (eg, between the gas phase and the liquid phase) operates to reduce or prevent leakage of the sample electrolyte into the fluid closed loop channel 20. Maintaining the pH sensor 10 in the off state extends the useful life of the pH sensor 10 compared to a sensor that is continuously maintained in the on state.

pHレベルが測定されるとき、pHセンサ10は、オン状態に切り替えられる。オン状態に切り替えられるために、第2の泡32は、第2の電極16および液界22を覆って障壁を形成しないように移動され、それによって、試料電解質と流体閉ループチャネル20内の飽和溶液との間の電気接続の確立を可能にすることができる。種々の実施形態によると、第1の泡30に流体力学的に接続される、第2の泡32は、第1の泡30を泡輸送システム18の「最も左側」電極18aから離れるように移動させることによって、第2の電極16および液界22から離される。   When the pH level is measured, the pH sensor 10 is switched to the on state. In order to be switched on, the second bubble 32 is moved over the second electrode 16 and the liquid boundary 22 so as not to form a barrier, thereby saturating the sample electrolyte and the saturated solution in the fluid closed loop channel 20. It is possible to establish an electrical connection between them. According to various embodiments, the second foam 32, which is hydrodynamically connected to the first foam 30, moves the first foam 30 away from the “leftmost” electrode 18 a of the foam transport system 18. As a result, the second electrode 16 and the liquid boundary 22 are separated.

第1の泡30は、任意の好適な様式において、泡輸送システム18の「最も左側」電極18aから離され得る。例えば、種々の実施形態によると、誘電体エレクトロウェッティング原理が、利用され、第1の泡30を移動させ、順に、第2の泡32の移動を生じさせる。誘電体エレクトロウェッティングデバイスまたはシステムでは、泡は、電極のアレイをプログラムして順次作動させることによって輸送される。   The first bubble 30 may be separated from the “leftmost” electrode 18a of the bubble transport system 18 in any suitable manner. For example, according to various embodiments, the dielectric electrowetting principle is utilized to move the first bubble 30 and in turn cause the movement of the second bubble 32. In a dielectric electrowetting device or system, bubbles are transported by programming and sequentially operating an array of electrodes.

そのような実施形態の場合、泡輸送システム18の「最も左側」電極18aの作動は、第1の泡30を泡輸送システム18の「最も左側」電極18aから泡輸送システム18の「最も右側」電極18cに向かって移動させるように動作する。泡輸送システム18の「最も右側」電極18cに向かう第1の泡30の移動は、第2の泡32を第2の電極16および液界22から離れるように移動させ、それによって、第2の電極16および液界22を覆う障壁を除去する。障壁の除去は、試料電解質と流体閉ループチャネル20内の飽和溶液との間の流体/電気(イオン性)接続の確立を可能にする。   In such an embodiment, activation of the “leftmost” electrode 18 a of the foam transport system 18 moves the first foam 30 from the “leftmost” electrode 18 a of the foam transport system 18 to the “rightmost” of the foam transport system 18. It operates to move toward the electrode 18c. Movement of the first bubble 30 towards the “rightmost” electrode 18 c of the bubble transport system 18 moves the second bubble 32 away from the second electrode 16 and the liquid boundary 22, thereby causing the second The barrier covering the electrode 16 and the liquid boundary 22 is removed. The removal of the barrier allows establishment of a fluid / electrical (ionic) connection between the sample electrolyte and the saturated solution in the fluid closed loop channel 20.

前述の様式では、pHセンサ10は、非常に低エネルギー消費を伴って、オフおよびオン状態間を迅速に切り替えられることができる。オフ状態の間、第2の電極16および液界22を覆う障壁を形成し、オン状態の間のみ、第2の電極16および液体障壁22を流体閉ループチャネル20の飽和基準溶液に暴露することによって、第2の電極16の溶解および液界22を通した質量交換は、低減または最小限にされ、それによって、pHセンサ10の有効寿命を延長させる。   In the manner described above, the pH sensor 10 can be quickly switched between off and on states with very low energy consumption. By forming a barrier covering the second electrode 16 and the liquid boundary 22 during the off state, and exposing the second electrode 16 and the liquid barrier 22 to the saturated reference solution of the fluid closed loop channel 20 only during the on state. The dissolution of the second electrode 16 and the mass exchange through the liquid boundary 22 is reduced or minimized, thereby extending the useful life of the pH sensor 10.

図1に図式的に図示されるように、バッテリ等の少なくとも1つの電源60が、センサ電子機器40および制御電子機器50と電気接続するように提供されることができる。電源60は、例えば、図1の実施形態では、センサ電子機器40、制御電子機器50、および泡輸送システム18に給電するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、pHセンサ10は、例えば、制御電子機器50と通信接続する、送受信機52と通信する(例えば、無線周波数またはRF信号を介して、例えば、無線で)、例えば、外部デバイス70を介して、作動可能および/または制御可能であることができる。制御電子機器50は、例えば、前述のように、泡30および32を移動させ、pHセンサ10が、いくつかの所定の時間サイクルで、および/または外部信号(例えば、pHセンサ10が埋め込まれる身体の外部の)に応答して、pHを測定することを可能にするようにプログラムされることができる(例えば、1つ以上のプログラムされたプロセッサを介して)。pHセンサ10が、作動または有効化されると、pH示度値が、センサ電子機器40によって取得される。センサ電子機器40は、泡輸送システム18の制御をもたらす制御電子機器50と通信接続する。測定値が取得されると、pHセンサ10は、前述のように、泡輸送システム18の制御を介して、オフ状態に置かれ、非働化されることができる。測定されたpH値は、例えば、使用(例えば、送受信機52を介して、身体の外部に伝送するため、または、例えば、治療デバイスを含むことができる、別の埋め込まれたシステムによって使用するためのいずれか)のために利用可能にされることができる。   As schematically illustrated in FIG. 1, at least one power source 60, such as a battery, can be provided for electrical connection with the sensor electronics 40 and the control electronics 50. The power source 60 can be used, for example, to power the sensor electronics 40, the control electronics 50, and the foam transport system 18 in the embodiment of FIG. In some embodiments, the pH sensor 10 communicates with a transceiver 52 (eg, via radio frequency or RF signal, eg, wirelessly), eg, externally connected, eg, in communication with control electronics 50. Via device 70 it can be operable and / or controllable. The control electronics 50 moves the bubbles 30 and 32, for example, as described above, so that the pH sensor 10 is in a number of predetermined time cycles and / or external signals (eg, the body in which the pH sensor 10 is implanted). Can be programmed (eg, via one or more programmed processors) to allow the pH to be measured. When the pH sensor 10 is activated or activated, the pH reading value is obtained by the sensor electronics 40. Sensor electronics 40 is in communication connection with control electronics 50 that provides control of foam transport system 18. Once the measurement is taken, the pH sensor 10 can be placed in an off state and deactivated via control of the foam transport system 18, as described above. The measured pH value is used, for example, for use (eg, for transmission outside the body via transceiver 52, or for use by another implanted system, which can include, for example, a treatment device). Can be made available for any).

本発明のいくつかの実施形態では、pHセンサは、オン状態とオフ状態との間の切り替えをもたらす、単一泡を含む。例えば、図3は、チャネル120(カバー124と基板112との間に形成される)内の単一泡132が、使用され、第2または基準電極116および液界122を覆って障壁を形成し(pHセンサ10に関して説明されるように)、流体スイッチまたはコントローラ119として動作する、別の代表的pHセンサの実施形態110を図示する。前述のように、液界22を覆う障壁を形成または生成することによって、オフ状態が、生成され、検体溶液(第1または指示電極114に接触する)とチャネル120内の基準溶液との間のイオン性電気接続が分断または防止される。さらに、オフ状態では、泡132は、検体溶液と基準溶液との間の質量移動を低減、最小限化、または排除する。オフ状態はさらに、基準溶液内の電極116の溶解を低減させる。泡132が、電極116を覆うために十分なサイズである場合、電極116と基準溶液との間の溶解(質量移動)はさらに、低減、最小限化、または排除されることができる。第2の電極116の溶解および液界122を通る質量交換は、したがって、オン状態の間のみ、有意な範囲で生じ、それによって、pHセンサ110の有効寿命を延長させる。   In some embodiments of the invention, the pH sensor includes a single bubble that provides a switch between an on state and an off state. For example, FIG. 3 shows that a single bubble 132 in channel 120 (formed between cover 124 and substrate 112) is used to form a barrier over second or reference electrode 116 and liquid boundary 122. FIG. 10 illustrates another exemplary pH sensor embodiment 110 operating as a fluid switch or controller 119 (as described with respect to pH sensor 10). As described above, by forming or creating a barrier over the liquid boundary 22, an off-state is created and between the analyte solution (contacting the first or indicator electrode 114) and the reference solution in the channel 120. Ionic electrical connections are broken or prevented. Further, in the off state, the bubble 132 reduces, minimizes or eliminates mass transfer between the analyte solution and the reference solution. The off state further reduces the dissolution of the electrode 116 in the reference solution. If the bubble 132 is of sufficient size to cover the electrode 116, dissolution (mass transfer) between the electrode 116 and the reference solution can be further reduced, minimized, or eliminated. Dissolution of the second electrode 116 and mass exchange through the liquid boundary 122 thus occur in a significant range only during the on state, thereby extending the useful life of the pH sensor 110.

図3の実施形態では、酸素および水素の混合物である気泡132が、互に比較的に近接して位置付けられる(例えば、いくつかの実施形態では、約4um以内)、アノード142およびカソード144を使用する電解を介して発生される。図3に図示される実施形態では、泡輸送システム118(例えば、誘電体エレクトロウェッティングシステム)は、流体チャネル120の上部表面上に位置付けられる。泡輸送システム118は、例えば、カバー124の内側表面(すなわち、流体チャネル120の上部表面)上に位置付けられる電極のアレイ118a−eを含むことができる。図示される実施形態では、泡132を生成するために使用される電解電極(すなわち、アノード142およびカソード144)は、基板112上に置かれる。泡132(または、例えば、図1および2のpHセンサ10に関連して論じられたような複数の泡)を生成するために、例えば、アノード142およびカソード144等のアノード/カソード対間に約5Vの電位差を印加することができる。   In the embodiment of FIG. 3, using an anode 142 and a cathode 144, bubbles 132, which are a mixture of oxygen and hydrogen, are positioned relatively close to each other (eg, within about 4 um in some embodiments). Generated through electrolysis. In the embodiment illustrated in FIG. 3, a foam transport system 118 (eg, a dielectric electrowetting system) is positioned on the upper surface of the fluid channel 120. The foam transport system 118 can include, for example, an array of electrodes 118a-e positioned on the inner surface of the cover 124 (ie, the upper surface of the fluid channel 120). In the illustrated embodiment, the electrolytic electrodes (ie, anode 142 and cathode 144) used to generate foam 132 are placed on substrate 112. To generate a bubble 132 (or a plurality of bubbles as discussed, for example, in connection with pH sensor 10 of FIGS. 1 and 2), for example, between about an anode / cathode pair such as anode 142 and cathode 144 A potential difference of 5V can be applied.

流体スイッチ119の動作時、泡132は、最初に、アノード142およびカソード144を使用して、電解を介して発生される(流体チャネル120内の最も右側破線参照)。生成される泡のサイズは、例えば、電位が印加される時間の制御を介して、制御されることができる。流体スイッチ119をオフ状態にするために、泡132は、泡輸送システム118を介して輸送され、液界122(流体チャネル120内の最も左側破線参照)を被覆し、いくつかの実施形態では、基準電極116を覆う。流体スイッチをオン状態にするために、泡132は、液界122または基準電極116のいずれも被覆しないように、泡輸送システム118を介して輸送される。   During operation of the fluid switch 119, the foam 132 is first generated via electrolysis using the anode 142 and cathode 144 (see the rightmost dashed line in the fluid channel 120). The size of the foam generated can be controlled, for example, through control of the time that the potential is applied. To turn the fluid switch 119 off, the foam 132 is transported through the foam transport system 118 and covers the liquid boundary 122 (see the leftmost dashed line in the fluid channel 120), in some embodiments, The reference electrode 116 is covered. In order to turn on the fluid switch, the foam 132 is transported through the foam transport system 118 so as not to cover either the liquid boundary 122 or the reference electrode 116.

図4は、チャネル220(カバー224と基板212との間に形成される)内の単一泡232が、図1および2のpHセンサ10ならびに図3のpHセンサ110に関して説明されたように、第2または基準電極216および液界222を覆う障壁を形成するために使用され、流体スイッチ219として動作する、別の代表的pHセンサの実施形態210を図示する。前述のように、液界222を覆う障壁を形成または生成することによって、オフ状態が生成され、検体溶液(第1または指示電極214に接触する)と、チャネル220内の基準溶液との間のイオン性電気接続が、分断または防止される。泡232が、カバー電極216を覆うために十分なサイズである場合、電極216と基準溶液との間の溶解(質量移動)はさらに、低減、最小限化、または排除されることができる。   FIG. 4 shows that a single bubble 232 in the channel 220 (formed between the cover 224 and the substrate 212) is described with respect to the pH sensor 10 of FIGS. 1 and 2 and the pH sensor 110 of FIG. Another exemplary pH sensor embodiment 210 used to form a barrier over the second or reference electrode 216 and the liquid boundary 222 and operating as a fluid switch 219 is illustrated. As described above, by forming or creating a barrier over the liquid boundary 222, an off-state is created, between the analyte solution (contacting the first or indicator electrode 214) and the reference solution in the channel 220. Ionic electrical connections are broken or prevented. If the bubble 232 is of sufficient size to cover the cover electrode 216, dissolution (mass transfer) between the electrode 216 and the reference solution can be further reduced, minimized, or eliminated.

流体スイッチ219の動作時、泡232は、最初に、アノード242およびカソード244を使用して、電解を介して発生される(流体チャネル220内の最も右側破線参照)。前述のように、生成される泡のサイズが、例えば、電位が印加される時間の制御を介して制御されることができる。流体スイッチ219をオフ状態にするために、泡232は、カバー液界222を被覆し、いくつかの実施形態では、基準電極216を覆うためのサイズに発生される。続いて、流体スイッチをオン状態にするために、泡232は、液界222または基準電極216のいずれも被覆しないように、アノード242およびカソード244を使用して、電解プロセスの反転を介して、サイズが低減される、または完全に排除される。泡の低減または排除をもたらすために、触媒が、使用され、反転プロセスにおけるエネルギー障壁を低くすることができる。水素および酸素泡を含む、泡232の場合、白金(Pt)が、例えば、触媒として使用されることができる。いくつかの実施形態では、アノード242およびカソード244は、例えば、Pt等の触媒材料を含むように作製されることができる。電位が、アノード242およびカソード244に印加されると、泡232は、成長する。電位が、遮断されると、泡232は、収縮する。代替実施形態では、Pt等の触媒源は、アノード242およびカソード244と別個に提供されることができる。   During operation of fluid switch 219, bubble 232 is first generated via electrolysis using anode 242 and cathode 244 (see the rightmost dashed line in fluid channel 220). As described above, the size of the generated foam can be controlled, for example, through control of the time that the potential is applied. To turn the fluid switch 219 off, the bubble 232 is generated to a size that covers the cover liquid boundary 222 and, in some embodiments, covers the reference electrode 216. Subsequently, in order to turn on the fluid switch, the bubble 232 uses the anode 242 and cathode 244 to reverse the electrolytic process so that neither the liquid boundary 222 nor the reference electrode 216 is covered. Size is reduced or completely eliminated. In order to provide foam reduction or elimination, a catalyst can be used to lower the energy barrier in the inversion process. In the case of bubbles 232, including hydrogen and oxygen bubbles, platinum (Pt) can be used as a catalyst, for example. In some embodiments, anode 242 and cathode 244 can be made to include a catalytic material, such as, for example, Pt. When a potential is applied to anode 242 and cathode 244, bubble 232 grows. When the potential is interrupted, the bubble 232 contracts. In an alternative embodiment, a catalyst source such as Pt can be provided separately from the anode 242 and the cathode 244.

図1および2の流体スイッチまたはコントローラ19、図3の119、および219等の流体スイッチまたはコントローラは、例えば、流体が輸送され得る部材(例えば、多孔性ポリマー部材、浸透性膜等の多孔性または浸透性部材)を横切る流体接続、イオン性伝導、および/または質量移動を制御することが望ましい、他のデバイス内で使用されることもできる。   Fluid switches or controllers 19 of FIGS. 1 and 2, fluid switches or controllers such as 119 and 219 of FIG. 3, are, for example, porous members such as porous polymer members, permeable membranes or the like through which fluid can be transported. It can also be used in other devices where it is desirable to control fluid connections, ionic conduction, and / or mass transfer across the permeable member.

図5は、本発明の実施形態による、携帯式デバイスおよび多重使用感知プローブを使用して、pH読み取りを行なうためのシステムの実施形態を図示する。システム300は、読み取り機310および使い捨てプローブ350を備えている。典型的構成では、システム300の動作は、基準溶液と接触する基準電極(例えば、銀塩化銀電極)によって発生される既知の電位と比較される、指示電極(例えば、酸化イリジウム電極)を使用するpHの電位差測定値に基づく。システム300の1つ以上の構成要素は、典型的には、製造および/または使用時の較正ステップを回避する等のために、既知の出力を産生するように事前調整される。読み取り機310は、ユーザインターフェース311が統合される、筐体315を備えている。ユーザインターフェース311は、ディスプレイ313およびボタン312を含む。ディスプレイ313は、典型的には、液晶またはタッチスクリーンディスプレイであって、測定されたpH示度値ならびにシステムおよび他の情報を表示し得る。システム情報は、限定ではないが、システム準備状態情報、電力レベル、アラートまたはアラーム条件情報、消耗品の現在のステータス、およびこれらの組み合わせを含み得る。ユーザインターフェース311を介して、システム300によって提供される他の情報は、読み取り機310のセンサ317またはプローブ350のセンサ353によって記録される、温度、湿度、および/または圧力情報等の環境条件を含み得る。   FIG. 5 illustrates an embodiment of a system for taking a pH reading using a portable device and a multi-use sensing probe, according to an embodiment of the present invention. The system 300 includes a reader 310 and a disposable probe 350. In a typical configuration, the operation of the system 300 uses an indicator electrode (eg, an iridium oxide electrode) that is compared to a known potential generated by a reference electrode (eg, a silver-silver chloride electrode) in contact with the reference solution. Based on pH potentiometric measurements. One or more components of the system 300 are typically preconditioned to produce a known output, such as to avoid calibration steps during manufacture and / or use. The reader 310 includes a housing 315 with which a user interface 311 is integrated. The user interface 311 includes a display 313 and buttons 312. Display 313 is typically a liquid crystal or touch screen display that may display measured pH readings as well as system and other information. System information may include, but is not limited to, system readiness information, power level, alert or alarm condition information, current status of consumables, and combinations thereof. Other information provided by the system 300 via the user interface 311 includes environmental conditions such as temperature, humidity, and / or pressure information recorded by the sensor 317 of the reader 310 or the sensor 353 of the probe 350. obtain.

筐体315はさらに、電気機械的ポートであって、使い捨てプローブ350の近位端と動作可能に係合するように構成されるポート316を含む。プローブ350は、筐体351、指示電極アセンブリ370、および液界365を備えている。液界365は、典型的には、図1から4を参照して前述のように、構築および配列される。指示電極アセンブリ370は、複数の指示電極を備え、各々、独立して、作動可能である。典型的実施形態では、電極アセンブリ370は、MEMSプロセスにおいて製造される、酸化イリジウム電極アセンブリ等、MEMS加工プロセスにおいて製造される。一実施形態では、電極アセンブリ370は、以下の図6を参照して説明されるような9つの指示電極を備えている。90以上の指示および/または基準電極のアレイ等、多数の電極構成が、含まれ得る。プローブ350はまた、基準溶液367および基準電極360を格納する、リザーバ366を備えている。基準電極360は、銀/塩化銀基準電極、または既知の基準溶液と接触すると、予測可能pH感度を伴って構成される、別の既知の基準源であり得る。一実施形態では、基準電極360は、酸化イリジウム電極である。前述の図1から4を参照して説明されたもの等、代替材料および材料の組み合わせが、基準電極360のために使用されることができる。基準溶液367は、KCl溶液、または基準電極360と共に使用される他の好適な液体であり得る。ワイヤ361およびワイヤ束371は、基準電極360および指示電極アセンブリ370を、それぞれ、電子機器モジュール320に電気的に接続する等のために、筐体351を通してポート316まで進行する。読み取り機310の筐体315内に含まれるモジュール320は、ワイヤ361およびワイヤ束371上で受信された電気信号に基づいて、pHレベルを決定し、pH情報をディスプレイ313上に表示するように構成される。モジュール320は、典型的には、第1の測定後、第2の測定を行なう等のために、自動的に、第1の指示電極から第2の指示電極に移行するように構成される。モジュール320は、作動された最後の電極を指示するルックアップレジスタ等を通して、多数の電極を通して移行するように構成され得る。指示電極は、以下に詳細に説明されるように、膜または他の制御可能なオリフィスの開放等によって、作動または別様に選択され得る。モジュール320はさらに、センサ353および/またはセンサ317から受信された信号等の他の情報を解釈するように構成され得る。モジュール320はさらに、データの記憶、1つ以上の外部デバイスとの通信(例えば、有線または無線通信を介して)、内部診断チェックの実施等を行なうように構成され得る。記憶されたデータは、限定ではないが、基準電極360情報、指示電極アセンブリ370情報、貯蔵情報、製造日および他の日付情報、ならびにこれらの組み合わせを含み得る。液界365は、基準溶液367で飽和されると、プローブ350が、試料溶液中に浸漬された場合、指示電極アセンブリ370と基準電極360との間の電気接続を可能にする。プローブ350は、除去可能なキャップであって、典型的には、プローブ350の遠位先端に取り付き、試料溶液の試験に先立って除去される、プラスチック材料であるキャップ352を含み得る。キャップ352は、液界365が乾燥しないように防止する(例えば、貯蔵中または使用と使用の間)、または別様に、プローブ350の遠位部分を保護するように構成され得る。   The housing 315 further includes an electromechanical port that is configured to operatively engage the proximal end of the disposable probe 350. The probe 350 includes a housing 351, an indicator electrode assembly 370, and a liquid boundary 365. The liquid boundary 365 is typically constructed and arranged as described above with reference to FIGS. The indicator electrode assembly 370 includes a plurality of indicator electrodes, each of which is independently operable. In an exemplary embodiment, electrode assembly 370 is manufactured in a MEMS processing process, such as an iridium oxide electrode assembly manufactured in a MEMS process. In one embodiment, the electrode assembly 370 includes nine indicator electrodes as described with reference to FIG. 6 below. Numerous electrode configurations may be included, such as an array of 90 or more instructions and / or reference electrodes. Probe 350 also includes a reservoir 366 that stores a reference solution 367 and a reference electrode 360. Reference electrode 360 may be a silver / silver chloride reference electrode or another known reference source configured with a predictable pH sensitivity when contacted with a known reference solution. In one embodiment, the reference electrode 360 is an iridium oxide electrode. Alternative materials and combinations of materials can be used for the reference electrode 360, such as those described with reference to FIGS. Reference solution 367 may be a KCl solution or other suitable liquid used with reference electrode 360. Wires 361 and wire bundles 371 travel through housing 351 to port 316, such as to electrically connect reference electrode 360 and indicator electrode assembly 370 to electronics module 320, respectively. The module 320 included in the housing 315 of the reader 310 is configured to determine the pH level based on the electrical signals received on the wire 361 and the wire bundle 371 and display the pH information on the display 313. Is done. Module 320 is typically configured to automatically transition from the first indicator electrode to the second indicator electrode, such as to perform a second measurement after the first measurement. Module 320 may be configured to transition through multiple electrodes, such as through a look-up resistor that indicates the last electrode activated. The indicator electrode may be actuated or otherwise selected, such as by opening a membrane or other controllable orifice, as described in detail below. Module 320 may be further configured to interpret other information, such as signals received from sensor 353 and / or sensor 317. Module 320 may be further configured to store data, communicate with one or more external devices (eg, via wired or wireless communication), perform internal diagnostic checks, and the like. The stored data may include, but is not limited to, reference electrode 360 information, indicator electrode assembly 370 information, storage information, date of manufacture and other date information, and combinations thereof. When the liquid boundary 365 is saturated with the reference solution 367, it allows an electrical connection between the indicator electrode assembly 370 and the reference electrode 360 when the probe 350 is immersed in the sample solution. The probe 350 is a removable cap and may typically include a cap 352 that is a plastic material that attaches to the distal tip of the probe 350 and is removed prior to testing the sample solution. The cap 352 can be configured to prevent the liquid boundary 365 from drying out (eg, during storage or between uses) or otherwise protect the distal portion of the probe 350.

指示電極アセンブリ370は、単一プローブ350を用いて複数の測定を行なう等のために、独立して作動可能であるように構成される複数の指示電極を備えている。これらの複数の測定は、数分から数時間の時間にわたって、および/または数週間から数ヶ月等のより長い時間にわたって等、連続的に行なわれ得る。ユーザインターフェース311は、オペレータが、1つ以上の作動信号をアセンブリ370に発行する電子機器モジュール320等によって、電極アセンブリ370の各指示電極を個々に作動させることを可能にするように構成される。以下の図を参照して説明されるもの等、多数の作動可能指示電極構成が、採用され得る。   The indicator electrode assembly 370 includes a plurality of indicator electrodes that are configured to be independently operable, such as for making a plurality of measurements using a single probe 350. These multiple measurements may be performed continuously, such as over a period of minutes to hours and / or over a longer period of time, such as weeks to months. User interface 311 is configured to allow an operator to individually activate each indicator electrode of electrode assembly 370, such as by electronics module 320 that issues one or more activation signals to assembly 370. A number of operable indicator electrode configurations may be employed, such as those described with reference to the following figures.

読み取り機310は、図示されないが、複数のプローブ350を格納するように構成されるチャンバ、基準溶液367を格納するように構成されるリザーバ、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される、1つ以上の追加の構成要素を含み得る。   The reader 310 is not shown, but is selected from the group consisting of a chamber configured to store a plurality of probes 350, a reservoir configured to store a reference solution 367, and combinations thereof. These additional components may be included.

図6は、本発明の実施形態による、pH指示電極のアレイを備えている指示電極アセンブリの概略図を図示する。指示電極アセンブリ370は、指示電極375のアレイ(図6に示されるように、3×3アレイ)を備えている。代替実施形態では、1つ以上の指示電極375は、基準電極として構成され得る。各電極375は、膜アセンブリ380によって、暴露表面上で囲まれる。膜アセンブリ380は、指示電極375を覆うように、かつ、指示電極375を試料溶液に暴露する等のために、動作可能に操作されるように構成される。動作可能操作は、限定ではないが、膜381の除去、膜381の断裂、膜381の分離、およびこれらの組み合わせを含む。膜アセンブリ380は、第1の体積と第2の体積との間に開口部を動作可能に提供するように構成される、種々の他の電気機械的アセンブリ等、種々の他のアセンブリと取り換えられ得る。指示電極アセンブリ370は、導体、絶縁体、および他の機能的要素が、以下の図7を参照して説明されるように、基板に組み立てられ得るように、複数の層構造を備えている。ある層は、電気トレース377を備え、各々は、指示電極375への第1の端部および接続パッド379への第2の端部で終端する。一実施形態では、指示電極375は、搭載パッド373に固定され、トレース377は、搭載パッド373に取り付けられる。トレース377およびパッド379は、電圧または他の指示電極375情報等の電気情報を図5の読み取り機310等の別個のデバイスに伝送するように構成される。アセンブリ370の別の層は、トレース385および386を備え、接続パッド383および384を膜アセンブリ380に接続する。トレース385および386ならびに接続パッド383および384は、電力(例えば、正電圧および接地)を膜アセンブリ380に提供するように構成される。一実施形態では、接続パッド379、383および384は、図5のワイヤ束371等のワイヤ束に接続する。トレース377ならびにパッド373および379は、チタン堆積およびエッチングプロセスを使用して作製され得る。全トレースは、金、白金、銅、アルミニウム、および/または銀等の他の好適な電気的に伝導性の材料を備え得る。アレイ370は、9つの指示電極375とともに示されるが、90以上の指示および/または基準電極のアレイ等、多数の電極構成が、含まれ得る。   FIG. 6 illustrates a schematic diagram of an indicator electrode assembly comprising an array of pH indicator electrodes, according to an embodiment of the present invention. The indicator electrode assembly 370 comprises an array of indicator electrodes 375 (3 × 3 array as shown in FIG. 6). In an alternative embodiment, one or more indicator electrodes 375 can be configured as a reference electrode. Each electrode 375 is surrounded on the exposed surface by a membrane assembly 380. The membrane assembly 380 is configured to be operably operated to cover the indicator electrode 375 and to expose the indicator electrode 375 to the sample solution and the like. Operable operations include, but are not limited to, removal of membrane 381, rupture of membrane 381, separation of membrane 381, and combinations thereof. Membrane assembly 380 may be replaced with various other assemblies, such as various other electromechanical assemblies configured to operably provide an opening between the first volume and the second volume. obtain. The indicator electrode assembly 370 includes a multi-layer structure so that conductors, insulators, and other functional elements can be assembled to the substrate as described with reference to FIG. 7 below. One layer comprises electrical traces 377, each terminating at a first end to indicator electrode 375 and a second end to connection pad 379. In one embodiment, the indicator electrode 375 is fixed to the mounting pad 373 and the trace 377 is attached to the mounting pad 373. Trace 377 and pad 379 are configured to transmit electrical information, such as voltage or other indicator electrode 375 information, to a separate device, such as reader 310 of FIG. Another layer of assembly 370 includes traces 385 and 386 to connect connection pads 383 and 384 to membrane assembly 380. Traces 385 and 386 and connection pads 383 and 384 are configured to provide power (eg, positive voltage and ground) to membrane assembly 380. In one embodiment, connection pads 379, 383 and 384 connect to a wire bundle, such as wire bundle 371 in FIG. Traces 377 and pads 373 and 379 may be made using a titanium deposition and etching process. All traces may comprise other suitable electrically conductive materials such as gold, platinum, copper, aluminum, and / or silver. Although the array 370 is shown with nine indicator electrodes 375, a number of electrode configurations may be included, such as an array of 90 or more indicator and / or reference electrodes.

図6aは、本発明の実施形態による、開放可能膜アセンブリの詳細図を図示する。膜アセンブリ380は、加熱要素382および膜381を備えている。トレース385および386は、それぞれ、電気接続パッド383および384を加熱要素382に接続する。別の実施形態では(図示せず)、複数の膜アセンブリ380は、個々の信号パッド383を有するが、共通接地パッド384’を共有し、任意の個々のパッド383のトリガが、接続されたアセンブリ380を破裂させる。加熱要素382は、電流が印加されると、熱を発生させるように構成される、高抵抗パターンを残すように、金堆積およびエッチングプロセスを使用して構築され得る。堆積およびエッチングプロセスは、加熱要素382が、膜381内(例えば、膜381の1つ以上の層内)に堆積されるように、追加のステップおよび材料を含み得る。   FIG. 6a illustrates a detailed view of an openable membrane assembly according to an embodiment of the present invention. The membrane assembly 380 includes a heating element 382 and a membrane 381. Traces 385 and 386 connect electrical connection pads 383 and 384 to heating element 382, respectively. In another embodiment (not shown), the plurality of membrane assemblies 380 have individual signal pads 383, but share a common ground pad 384 'and the trigger of any individual pad 383 is connected to the assembly. 380 is ruptured. The heating element 382 can be constructed using a gold deposition and etching process to leave a high resistance pattern that is configured to generate heat when a current is applied. The deposition and etching process may include additional steps and materials such that the heating element 382 is deposited within the film 381 (eg, within one or more layers of the film 381).

図6aでは、加熱要素382は、加熱要素382の作動が、膜381の物理的変化を生じさせ、流体が膜381を通過し得るように、膜381内に、それと接触して、および/または別様に近接して、構築され得る。加熱要素382によって発生される熱力によって生じる膜の断裂等のこの物理的変化は、流体が、図7を参照して以下に説明されるように、以前は密閉されていたチャンバに流入することを可能にし得る。   In FIG. 6a, the heating element 382 is within, in contact with and / or in the membrane 381, such that actuation of the heating element 382 causes a physical change in the membrane 381, and fluid can pass through the membrane 381. Can be constructed in close proximity. This physical change, such as film tearing caused by the thermal force generated by the heating element 382, causes the fluid to flow into a previously sealed chamber, as described below with reference to FIG. Can be possible.

図7は、本発明の実施形態による、指示電極アセンブリ内に含まれる指示電極のアレイの横断面図を図示する。指示電極アセンブリ370は、壁378およびカバー368によって囲まれる、複数のチャンバ369を含む。カバー368は、前述の図6aを参照して説明されるように、チャンバ369を周囲環境に開放する(例えば、試料溶液への暴露)等のために、電子的に修正されるように構築および配列される膜アセンブリ380を備えている。指示電極アセンブリ370はまた、ケーシング376によって囲まれる、支持材料374を備えている。チャンバ369は、各々、電極搭載パッド373上に堆積される、個々の指示電極375を囲む。一実施形態では、搭載パッド373は、堆積プロセスにおいて堆積されるチタン等のチタンから構築される。指示電極375は、典型的には、酸化イリジウム(IrOx)電極を備えている。指示電極375はまた、試料溶液のpHを電気的に測定するために好適な他の材料を備え得る。指示電極アセンブリ370の構成要素は、基板372、典型的には、ガラス、シリコンまたはプラスチック基板上に構築される。指示電極アセンブリ370を製造するための典型的製作プロセスは、以下の図9を参照して詳細に説明される。アレイ370は、3つの指示電極375とともに示されるが、90以上の指示および/または基準電極のアレイ等、種々の正方形、長方形、および他の幾何学的構成において、多数の電極構成が、含まれ得る。   FIG. 7 illustrates a cross-sectional view of an array of indicator electrodes included in an indicator electrode assembly, according to an embodiment of the invention. The indicator electrode assembly 370 includes a plurality of chambers 369 surrounded by a wall 378 and a cover 368. Cover 368 is constructed and modified electronically, such as to open chamber 369 to the ambient environment (eg, exposure to sample solution), etc., as described with reference to FIG. 6a above. A membrane assembly 380 is provided. The indicator electrode assembly 370 also includes a support material 374 surrounded by a casing 376. The chambers 369 each surround individual indicator electrodes 375 that are deposited on the electrode mounting pads 373. In one embodiment, the mounting pad 373 is constructed from titanium, such as titanium, that is deposited in a deposition process. The indicator electrode 375 typically includes an iridium oxide (IrOx) electrode. Indicator electrode 375 may also comprise other materials suitable for electrically measuring the pH of the sample solution. The components of the indicator electrode assembly 370 are constructed on a substrate 372, typically a glass, silicon or plastic substrate. An exemplary fabrication process for manufacturing the indicator electrode assembly 370 is described in detail with reference to FIG. 9 below. Array 370 is shown with three indicator electrodes 375, but numerous electrode configurations are included in various square, rectangular, and other geometric configurations, such as an array of over 90 indicator and / or reference electrodes. obtain.

次に、図7aを参照すると、図7の膜アセンブリ380は、カバー368’内の開口部が、チャンバ369と周囲環境との間に生成されるように、修正されている。開口部が生成され、指示電極アセンブリ370が、試料溶液中に置かれた後、カバー368’下に位置付けられている指示電極(図7aでは、指示電極375’として記載される)のみ、試料溶液に暴露されるであろう。一実施形態では、1つ以上のチャンバ369が、膜アセンブリ380’(カバー368’に対応する)が修正されると、試料溶液が、チャンバ369内に引き込まれるように、真空チャンバとして構築される。真空チャンバは、典型的には、真空環境内において、チャンバ369およびその周囲壁を製造することによって生成される。加えて、または代替として、1つ以上のチャンバ369の壁は、試料溶液をチャンバ369中に引き込む等のために、成形されるか、または1つ以上のコーティング(例えば、親水性コーティング)を含み得る。加えて、または代替として、構造の壁材料は、試料溶液をチャンバ369中に引き込むために、親水性であるか、または別様に構築および配列され得る。   Referring now to FIG. 7a, the membrane assembly 380 of FIG. 7 is modified so that an opening in the cover 368 'is created between the chamber 369 and the ambient environment. After the opening is created and the indicator electrode assembly 370 is placed in the sample solution, only the indicator electrode (shown as indicator electrode 375 'in FIG. 7a) positioned under the cover 368' is the sample solution. Will be exposed to. In one embodiment, one or more chambers 369 are constructed as a vacuum chamber such that when the membrane assembly 380 ′ (corresponding to cover 368 ′) is modified, the sample solution is drawn into chamber 369. . A vacuum chamber is typically created by manufacturing chamber 369 and its surrounding walls in a vacuum environment. In addition or alternatively, the walls of one or more chambers 369 may be shaped or include one or more coatings (eg, hydrophilic coatings), such as to draw a sample solution into chamber 369. obtain. Additionally or alternatively, the structural wall material can be hydrophilic or otherwise constructed and arranged to draw the sample solution into the chamber 369.

図8は、本発明の実施形態による、指示電極アセンブリを図示する。指示電極アセンブリ370は、典型的には、図7および7aの指示電極アセンブリ370に類似する構成要素で構築および配列される。図8の指示電極アセンブリ370はさらに、チャンバ369と基板372の反対表面との間の基板372内に位置付けられる、通気口364を含む。通気口364は、チャンバ369中への試料または他の溶液の輸送を改善するように構成される。アレイ370は、3つの指示電極375とともに示されるが、90以上の指示および/または基準電極のアレイ等、多数の電極構成が、含まれ得る。   FIG. 8 illustrates an indicator electrode assembly according to an embodiment of the present invention. The indicator electrode assembly 370 is typically constructed and arranged with components similar to the indicator electrode assembly 370 of FIGS. 7 and 7a. The indicator electrode assembly 370 of FIG. 8 further includes a vent 364 positioned in the substrate 372 between the chamber 369 and the opposite surface of the substrate 372. Vent 364 is configured to improve transport of sample or other solution into chamber 369. Although the array 370 is shown with three indicator electrodes 375, a number of electrode configurations may be included, such as an array of 90 or more indicator and / or reference electrodes.

次に、図8aを参照すると、図8の膜アセンブリ380は、カバー368’が、前述の図7aを参照して説明されたように、膜アセンブリ380’の操作を通して開放されるように修正されている。チャンバ369は、典型的には試料溶液等、その周囲環境に暴露される。チャンバ369内への流体の流入によって生じる圧力増加は、通気口364を通して緩和される。一実施形態では、通気口364は、示されないが、試料溶液を開放チャンバ369中に引き込むように構成される、真空ポンプ等の負圧源に動作可能に取り付けられ得る。   Referring now to FIG. 8a, the membrane assembly 380 of FIG. 8 is modified such that the cover 368 ′ is opened through operation of the membrane assembly 380 ′ as described with reference to FIG. 7a above. ing. Chamber 369 is typically exposed to its surrounding environment, such as a sample solution. The pressure increase caused by the inflow of fluid into chamber 369 is mitigated through vent 364. In one embodiment, vent 364 is not shown, but may be operably attached to a negative pressure source, such as a vacuum pump, configured to draw sample solution into open chamber 369.

図9は、本発明の実施形態による、指示電極のアレイを製造する段階式プロセスを図示する。典型的実施形態では、ステップ410から412は、連続した群として行なわれ、ステップ420から422も、連続した群として形成される。ステップ410は、チタン搭載パッド373を伴う、基板372を示す。搭載パッド373は、堆積およびエッチングプロセスを使用して、基板372に搭載され、典型的には、E−ビーム蒸発器およびフォトリソグラフィを使用して、典型的には、チタンのパターン化層を基板372上に生成する。フォトリソグラフィおよびエッチングプロセスは、堆積された層の一部を除去し、示されるように、搭載電極373を残す。   FIG. 9 illustrates a step-wise process for manufacturing an array of indicator electrodes, according to an embodiment of the invention. In an exemplary embodiment, steps 410 through 412 are performed as a continuous group, and steps 420 through 422 are also formed as a continuous group. Step 410 shows the substrate 372 with a titanium mounting pad 373. A mounting pad 373 is mounted on the substrate 372 using a deposition and etch process, typically using an E-beam evaporator and photolithography, and typically depositing a patterned layer of titanium onto the substrate. Generate on 372. Photolithography and etching processes remove a portion of the deposited layer, leaving the mounting electrode 373 as shown.

ステップ411は、典型的には、SiOから成る、壁378を含む、ステップ410のアセンブリを示す。壁378は、堆積プロセス後、硬化およびエッチングプロセスによって、基板372上に堆積され、示される構成を達成する。 Step 411 is typically made of SiO 2, includes a wall 378, showing the assembly of step 410. Wall 378 is deposited on substrate 372 by a curing and etching process after the deposition process to achieve the configuration shown.

ステップ412は、ここでは、指示電極375を含む、ステップ411のアセンブリを示す。電極375は、典型的には、直接、搭載電極373上に堆積された酸化イリジウムパッドを備えている。電極375の堆積後、熱処理、電圧処理(緩衝液の存在下、酸化イリジウム層への既知の電圧の印加を含む、電圧処理等)、または化学処理(例えば、一定時間の間の化学溶液への暴露)のうちの1つ以上を含む、後製作プロセスが、行なわれ得る。電圧は、酸化イリジウム層の化学組成物を修正するために、一定または可変レベルにおいて、固定時間の間、印加される。基準溶液に暴露されると、本電圧修正は、較正を回避する等のために、基準溶液のpHに対して、電極に既知の電圧応答を産生させるために使用されることができる。   Step 412 here shows the assembly of step 411 including the indicator electrode 375. The electrode 375 typically comprises an iridium oxide pad deposited directly on the mounting electrode 373. After deposition of the electrode 375, heat treatment, voltage treatment (voltage treatment, including application of a known voltage to the iridium oxide layer in the presence of a buffer solution), or chemical treatment (eg, to a chemical solution for a certain period of time). Post-fabrication processes can be performed that include one or more of (exposure). The voltage is applied for a fixed time at a constant or variable level to modify the chemical composition of the iridium oxide layer. When exposed to a reference solution, this voltage correction can be used to cause the electrode to produce a known voltage response to the pH of the reference solution, such as to avoid calibration.

ステップ420は、ケーシング376、典型的には、窒化ケイ素ケーシングによって封入された支持材料374、典型的には、シリコンウエハを示す。ケーシング376および支持材料374は両方とも、チャンバ369のための陥凹を支持材料374内に生成するようにエッチングされている。   Step 420 shows a support material 374, typically a silicon wafer, encapsulated by a casing 376, typically a silicon nitride casing. Both casing 376 and support material 374 are etched to create a recess in support material 374 for chamber 369.

ステップ421は、ケーシング376およびチャンバ369上に堆積されたカバー材料368を含む、ステップ420のアセンブリを示す。膜アセンブリ380は、カバー材料368内に位置付けられる。膜アセンブリ380は、典型的には、窒化ケイ素層(例えば、膜アセンブリ380に近接するカバー材料368の上部部分)、加熱要素として構成される金およびクロムの層、および窒化ケイ素の第2の層(例えば、カバー材料368の底部部分)を備えている、堆積された多層アセンブリである。膜アセンブリ380の2つの窒化ケイ素層は、加熱要素の作動によって制御可能に操作されることができる、膜として機能する。   Step 421 shows the assembly of step 420 including cover material 368 deposited on casing 376 and chamber 369. Membrane assembly 380 is positioned within cover material 368. The membrane assembly 380 typically includes a silicon nitride layer (eg, an upper portion of the cover material 368 proximate the membrane assembly 380), a gold and chromium layer configured as a heating element, and a second layer of silicon nitride. (E.g., the bottom portion of cover material 368). The two silicon nitride layers of the membrane assembly 380 function as a membrane that can be controllably manipulated by actuation of the heating element.

ステップ422は、エッチングプロセスが、行なわれ、チャンバ369の上部を覆うケーシング376の一部を除去した後のステップ421のアセンブリを示す。   Step 422 shows the assembly of step 421 after an etching process has been performed and a portion of casing 376 covering the top of chamber 369 has been removed.

ステップ430は、一緒に接合されたステップ412および422のアセンブリを示す。カバー材料368は、典型的には、アノードまたは類似接合プロセスを使用して、壁378に接合されている。   Step 430 shows the assembly of steps 412 and 422 joined together. Cover material 368 is typically bonded to wall 378 using an anode or similar bonding process.

ステップ431は、最終指示電極アセンブリ370を示す。最終ウェットエッチングプロセスが行なわれ、支持材料374をカバー368の上方から除去し、膜アセンブリ380を暴露させる。   Step 431 shows the final indicator electrode assembly 370. A final wet etch process is performed to remove the support material 374 from above the cover 368 and expose the membrane assembly 380.

図9のアレイ370は、3つの指示電極375とともに示されるが、90以上の指示および/または基準電極のアレイ等、多数の電極構成が、含まれ得る。   Although the array 370 of FIG. 9 is shown with three indicator electrodes 375, a number of electrode configurations may be included, such as an array of 90 or more indicator and / or reference electrodes.

図10は、本発明の実施形態による、電極のアレイの代替実施形態の横断面図を図示する。アレイ370’は、少なくとも1つの指示電極375および少なくとも1つの基準電極360’を備えている。指示電極375は、典型的には、図6から8のうちの1つ以上指示電極375の類似構成要素を含むように構築および配列される。指示電極375は、前述の図9を参照して説明されるように製造され得る。   FIG. 10 illustrates a cross-sectional view of an alternative embodiment of an array of electrodes, according to an embodiment of the present invention. The array 370 'includes at least one indicator electrode 375 and at least one reference electrode 360'. Indicator electrode 375 is typically constructed and arranged to include similar components of one or more of indicator electrodes 375 of FIGS. The indicator electrode 375 can be manufactured as described with reference to FIG. 9 above.

基準電極360’は、示されないが、アレイ370と一体型である指示電極375または別の指示電極と協働して基準信号を提供するように構成される。基準電極360’およびその構成要素のうちの1つ以上(例えば、壁、チャンバ、伝導性パッドおよびトレース、膜アセンブリ等)は、前述の図9を参照して説明されるものと類似する1つ以上のプロセスにおいて製造され得る。   Reference electrode 360 'is not shown but is configured to cooperate with indicator electrode 375 or another indicator electrode that is integral with array 370 to provide a reference signal. Reference electrode 360 ′ and one or more of its components (eg, walls, chambers, conductive pads and traces, membrane assemblies, etc.) are one similar to that described with reference to FIG. 9 above. It can be manufactured in the above process.

基準電極360’は、典型的には、チタン搭載パッド373’等の搭載パッドを介して、基板372に取り付けられる。チャンバ362は、電極360’の表面を囲む。カバー368は、チャンバ362と第2のチャンバであるリザーバ366’との間に位置付けられる、膜アセンブリ380’を備えている。膜アセンブリ380’は、基準電極360’を基準溶液367に暴露する等のために、動作可能に操作されるように構成される。動作可能操作は、限定ではないが、膜アセンブリ380’の一部(例えば、膜)の除去、膜アセンブリ380’の断裂、膜アセンブリ380’の分離、およびこれらの組み合わせを含む。膜の動作可能操作は、膜への1つ以上の力の印加を通して達成されることができる。典型的な力の適用は、限定ではないが、膜内、上、またはそれに近接した加熱要素の作動、膜に対する基準溶液圧力等の圧力の適用、膜に対する電解による泡の生成(前述の図3を参照して論じられたように)によって形成された気圧等の圧力の適用、およびこれらの組み合わせを含む。膜アセンブリ380’は、第1の区域と第2の区域との間に開口部を動作可能に提供するように構成される、種々の他の電気機械的アセンブリ等、種々の他のアセンブリと取り換えられ得る。支持材料374は、チャンバ362およびリザーバ366’を囲む。支持材料374は、ケーシング376によって囲まれる。   The reference electrode 360 ′ is typically attached to the substrate 372 via a mounting pad such as a titanium mounting pad 373 ′. Chamber 362 surrounds the surface of electrode 360 '. The cover 368 includes a membrane assembly 380 'positioned between the chamber 362 and the second chamber, the reservoir 366'. The membrane assembly 380 'is configured to be operably operated, such as to expose the reference electrode 360' to the reference solution 367. Operable operations include, but are not limited to, removal of a portion (eg, membrane) of membrane assembly 380 ', rupturing membrane assembly 380', separation of membrane assembly 380 ', and combinations thereof. The operable operation of the membrane can be accomplished through the application of one or more forces to the membrane. Typical force applications include, but are not limited to, activation of heating elements in, on, or close to the membrane, application of pressure, such as a reference solution pressure, to the membrane, foam formation by electrolysis on the membrane (see FIG. 3 above). Application of pressure, such as atmospheric pressure, formed by (as discussed above) and combinations thereof. Membrane assembly 380 ′ replaces various other assemblies, such as various other electromechanical assemblies configured to operably provide an opening between the first and second sections. Can be. Support material 374 surrounds chamber 362 and reservoir 366 '. Support material 374 is surrounded by casing 376.

液界である、接点365’は、チャンバ369とチャンバ362との間に位置付けられる。液界365’は、典型的には、前述の図1から5を参照して説明されるように構築および配列される。代替実施形態では、仮想液界365’が、Clark et alの本件と同日に出願の同時係属中の出願である、仮出願第61/531,546号「MEASUREMENT DEVICE WITH READER AND DISPOSABLE PROBE」(本開示は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる)に説明されるように使用され得る。   A liquid junction, contact 365 ′, is positioned between chamber 369 and chamber 362. The liquid boundary 365 'is typically constructed and arranged as described with reference to Figures 1-5 above. In an alternative embodiment, the virtual liquid boundary 365 ′ is a co-pending application filed on the same day as Clark et al. The disclosure may be used as described in (herein incorporated by reference in its entirety).

次に、図10aおよび10bを参照すると、図10のアレイ370’の典型的動作が、図示される。図10aでは、膜アセンブリ380’は、示されないが、前述の図6および6aを参照して詳細に説明される、1つ以上のワイヤ等を介して作動されている。基準溶液367は、チャンバ362’に流入し、基準電極360’および液界365’と接触する。図10bでは、膜アセンブリ380は、前述に説明されるような1つ以上のワイヤ等を介して作動される。試料溶液は、指示電極375および基準電極360’からの信号が、前述の図5を参照して説明されるように、読み取りデバイスによって解釈され得るように、指示電極375および液界365’と接触されることができる。   Referring now to FIGS. 10a and 10b, exemplary operation of the array 370 'of FIG. 10 is illustrated. In FIG. 10a, the membrane assembly 380 'is actuated via one or more wires or the like not shown, but described in detail with reference to FIGS. 6 and 6a above. The reference solution 367 flows into the chamber 362 'and contacts the reference electrode 360' and the liquid boundary 365 '. In FIG. 10b, the membrane assembly 380 is actuated via one or more wires or the like as described above. The sample solution is in contact with the indicator electrode 375 and the liquid boundary 365 ′ so that the signals from the indicator electrode 375 and the reference electrode 360 ′ can be interpreted by a reading device, as described with reference to FIG. 5 above. Can be done.

図10、10a、および10bのアレイ370は、単一指示電極375および単一基準電極360’とともに示されるが、9つ以上の、30以上の、または90以上の指示および/または基準電極のアレイ等、多数の電極構成が、含まれ得る。図10cでは、アレイ370’’は、2つの基準電極360aおよび360bならびに5つの指示電極375a−375eを備えている。典型的実施形態では、単一基準電極360aまたは360bは、基準を複数の指示電極375a−375eに提供する等のために、複数の読み取りを行なうように構成される。   The array 370 of FIGS. 10, 10a, and 10b is shown with a single indicator electrode 375 and a single reference electrode 360 ′, but an array of nine or more, 30 or more, or 90 or more indication and / or reference electrodes A number of electrode configurations can be included. In FIG. 10c, the array 370 '' includes two reference electrodes 360a and 360b and five indicator electrodes 375a-375e. In an exemplary embodiment, the single reference electrode 360a or 360b is configured to take multiple readings, such as to provide a reference to multiple indicator electrodes 375a-375e.

図10cに示されるように、アレイ370’’は、電気トレース377を備えている1つの層を含むことができ、各々は、指示電極375aおよび375bへの第1の端部と接続パッド379への第2の端部とで終端する。一実施形態では、指示電極375aおよび375bは、搭載パッド373に固定され、トレース377は、搭載パッド373(搭載パッド373は示されないが、前述の図10、10a、および10bに示されるように、直接、電極の真下に位置付けられている)に取り付けられる。トレース377およびパッド379は、電圧または他の指示電極情報等の電気情報を図5の読み取り機310等の別個のデバイスに伝送するように構成される。アセンブリ370’’の別の層は、トレース385および386を備え、接続パッド383および384を膜アセンブリ380に接続する。トレース385および386ならびに接続パッド383および384は、電力(例えば、正電圧および接地)を膜アセンブリ380に提供するように構成される。一実施形態では、接続パッド379、383、および384は、図5のワイヤ束371等のワイヤ束に接続する。トレース377ならびにパッド373および379は、チタン堆積およびエッチングプロセスを使用して作製され得る。全トレースは、金、白金、銅、アルミニウム、および/または銀等の他の好適な電気的に伝導性材料から成ってもよい。アレイ370’’は、5つの指示電極375a−eとともに示されるが、90以上の指示および/または基準電極のアレイ等、多数の電極構成が、含まれ得る。   As shown in FIG. 10 c, the array 370 ″ can include one layer with electrical traces 377, each with a first end to the indicator electrodes 375 a and 375 b and a connection pad 379. And the second end. In one embodiment, the indicator electrodes 375a and 375b are secured to the mounting pad 373 and the trace 377 is mounted pad 373 (the mounting pad 373 is not shown, but as shown in FIGS. 10, 10a and 10b above, It is mounted directly under the electrode). Trace 377 and pad 379 are configured to transmit electrical information, such as voltage or other indicator electrode information, to a separate device, such as reader 310 of FIG. Another layer of assembly 370 ″ includes traces 385 and 386 to connect connection pads 383 and 384 to membrane assembly 380. Traces 385 and 386 and connection pads 383 and 384 are configured to provide power (eg, positive voltage and ground) to membrane assembly 380. In one embodiment, connection pads 379, 383, and 384 connect to a wire bundle, such as wire bundle 371 in FIG. Traces 377 and pads 373 and 379 may be made using a titanium deposition and etching process. All traces may be made of other suitable electrically conductive materials such as gold, platinum, copper, aluminum, and / or silver. Array 370 '' is shown with five indicator electrodes 375a-e, but many electrode configurations may be included, such as an array of 90 or more indicator and / or reference electrodes.

前述の説明及び添付の図面は、現時点において代表的な実施形態の多くの実施例を記載している。本発明の精神から逸脱することなく、またはその範囲を超えることなく、前述の教示に照らして、設計上の種々の改造例、追加例、及び変形例が当業者には明らかであり、本発明の範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。特許請求の範囲に記載された本発明の文言上の範囲及びその均等範囲に属するあらゆる変更及び変形は、本発明の範囲に含まれるものである。   The foregoing description and accompanying drawings describe a number of examples of representative embodiments at the present time. Various modifications, additions and variations in design will be apparent to those skilled in the art in light of the above teachings without departing from or exceeding the spirit of the invention. Is determined based on the description of the scope of claims, not the above description. All changes and modifications belonging to the wording scope of the present invention described in the claims and equivalents thereof are included in the scope of the present invention.

Claims (52)

pH測定値を取得するためのシステムであって、
複数の指示電極と少なくとも1つの基準電極とを備えている使い捨てプローブと、
前記使い捨てプローブと動作可能に係合し、試料のpH情報を提供するように構築および配列されている読み取り機と
を備えている、システム。
A system for obtaining pH measurements,
A disposable probe comprising a plurality of indicator electrodes and at least one reference electrode;
A reader operatively engaged with the disposable probe and constructed and arranged to provide sample pH information.
前記使い捨てプローブは、複数の制御可能なオリフィスをさらに備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the disposable probe further comprises a plurality of controllable orifices. 第1のオリフィスが、第1の指示電極への第1の流体路を提供するように構築および配列され、第2のオリフィスが、第2の指示電極への流体路を提供するように構築および配列されている、請求項2に記載のシステム。   The first orifice is constructed and arranged to provide a first fluid path to the first indicator electrode, and the second orifice is constructed and arranged to provide a fluid path to the second indicator electrode. The system of claim 2, wherein the system is arranged. 前記第1の制御可能なオリフィスを作動し、続いて、前記第2の制御可能なオリフィスを作動するように構築および配列されている電子機器モジュールをさらに備えている、請求項3に記載のシステム。   4. The system of claim 3, further comprising an electronics module constructed and arranged to actuate the first controllable orifice and subsequently actuate the second controllable orifice. . 前記読み取り機は、前記電子機器モジュールの少なくとも一部を備えている、請求項4に記載のシステム。   The system according to claim 4, wherein the reader comprises at least a part of the electronic device module. 前記電子機器モジュールは、制御可能なオリフィス作動情報を含むルックアップテーブルを備えている、請求項4に記載のシステム。   The system of claim 4, wherein the electronics module comprises a look-up table that includes controllable orifice actuation information. 第1のオリフィスが、第1の指示電極への第1の流体路を提供するように構築および配列され、第2のオリフィスが、前記少なくとも1つの基準電極への流体路を提供するように構築および配列されている、請求項2に記載のシステム。   A first orifice is constructed and arranged to provide a first fluid path to a first indicator electrode, and a second orifice is constructed to provide a fluid path to the at least one reference electrode The system of claim 2, wherein the system is arranged. 少なくとも1つの制御可能なオリフィスは、膜を備えている、請求項2に記載のシステム。   The system of claim 2, wherein the at least one controllable orifice comprises a membrane. 前記膜は、多層膜を備えている、請求項8に記載のシステム。   The system of claim 8, wherein the film comprises a multilayer film. 前記膜は、開口部を前記膜内に生成するように構築および配列されている加熱要素を備えている、請求項8に記載のシステム。   9. The system of claim 8, wherein the membrane comprises a heating element that is constructed and arranged to create an opening in the membrane. 前記加熱要素は、加熱コイルを備えている、請求項10に記載のシステム。   The system of claim 10, wherein the heating element comprises a heating coil. 前記加熱要素は、金またはクロムのうちの1つ以上を備えている、請求項10に記載のシステム。   The system of claim 10, wherein the heating element comprises one or more of gold or chrome. 前記加熱要素の少なくとも一部は、前記膜内に位置付けられている、請求項10に記載のシステム。   The system of claim 10, wherein at least a portion of the heating element is positioned within the membrane. 前記加熱要素の少なくとも一部は、前記膜と接触して位置付けられている、請求項10に記載のシステム。   The system of claim 10, wherein at least a portion of the heating element is positioned in contact with the membrane. 少なくとも1つのオリフィスは、MEMSプロセスにおいて製造される、請求項8に記載のシステム。   The system of claim 8, wherein the at least one orifice is manufactured in a MEMS process. 基準溶液をさらに備え、少なくとも1つのオリフィスは、前記基準溶液と前記基準電極との間に位置付けられている、請求項8に記載のシステム。   The system of claim 8, further comprising a reference solution, wherein at least one orifice is positioned between the reference solution and the reference electrode. 前記基準電極は、複数の試料に関するpH情報を提供するように構成されている、請求項16に記載のシステム。   The system of claim 16, wherein the reference electrode is configured to provide pH information for a plurality of samples. 少なくとも1つの指示電極は、酸化イリジウム電極を備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the at least one indicator electrode comprises an iridium oxide electrode. 前記複数の指示電極は、少なくとも9つの指示電極を備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the plurality of indicator electrodes comprises at least nine indicator electrodes. 前記複数の指示電極は、少なくとも90の指示電極を備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the plurality of indicator electrodes comprises at least 90 indicator electrodes. さらに、前記複数の指示電極は、少なくとも3つの指示電極を備え、前記使い捨てプローブは、少なくとも第2の基準電極をさらに備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the plurality of indicator electrodes further comprises at least three indicator electrodes, and the disposable probe further comprises at least a second reference electrode. 少なくとも1つの指示電極を囲む、壁付きチャンバをさらに備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a walled chamber surrounding at least one indicator electrode. 前記壁付きチャンバは、真空チャンバを備えている、請求項22に記載のシステム。   The system of claim 22, wherein the walled chamber comprises a vacuum chamber. 前記壁付きチャンバと流体連通する1つ以上の通気口をさらに備えている、請求項22に記載のシステム。   24. The system of claim 22, further comprising one or more vents in fluid communication with the walled chamber. 前記壁付きチャンバは、親水性コーティングを備えている、請求項22に記載のシステム。   23. The system of claim 22, wherein the walled chamber comprises a hydrophilic coating. 前記壁付きチャンバは、親水性材料から成る、請求項22に記載のシステム。   The system of claim 22, wherein the walled chamber is made of a hydrophilic material. 前記壁付きチャンバは、試料溶液を前記壁付きチャンバ中に引き込むように構築および配列されている、請求項22に記載のシステム。   23. The system of claim 22, wherein the walled chamber is constructed and arranged to draw a sample solution into the walled chamber. 搭載パッドおよび基板をさらに備え、少なくとも1つの指示電極は、前記搭載パッドに固定して取り付けられ、前記搭載パッドは、前記基板に固定して取り付けられている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a mounting pad and a substrate, wherein the at least one indicator electrode is fixedly attached to the mounting pad, and the mounting pad is fixedly attached to the substrate. 前記搭載パッドは、チタン搭載パッドを備えている、請求項28に記載のシステム。   30. The system of claim 28, wherein the mounting pad comprises a titanium mounting pad. 少なくとも1つの指示電極は、MEMSプロセスを使用して製造される、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the at least one indicator electrode is manufactured using a MEMS process. 前記少なくとも1つの基準電極は、銀塩化銀基準電極を備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the at least one reference electrode comprises a silver-silver chloride reference electrode. 前記少なくとも1つの基準電極は、酸化イリジウム基準電極を備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the at least one reference electrode comprises an iridium oxide reference electrode. 前記少なくとも1つの基準電極は、少なくとも2つの基準電極を備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the at least one reference electrode comprises at least two reference electrodes. 前記少なくとも1つの基準電極は、銀塩化銀基準電極を備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the at least one reference electrode comprises a silver-silver chloride reference electrode. 前記読み取り機は、ユーザインターフェースを備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the reader comprises a user interface. 前記読み取り機は、電子機器モジュールを備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the reader comprises an electronics module. 液界をさらに備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a liquid boundary. 前記液界からの乾燥を防止するように構成されているキャップをさらに備えている、請求項37に記載のシステム。   38. The system of claim 37, further comprising a cap configured to prevent drying from the liquid boundary. 基準溶液をさらに備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a reference solution. 前記基準溶液は、KCl溶液を備えている、請求項39に記載のシステム。   40. The system of claim 39, wherein the reference solution comprises a KCl solution. 基板をさらに備え、少なくとも1つの指示電極または少なくとも1つの基準電極のうちの少なくとも1つは、前記基板上および/またはそれに近接して位置付けられている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a substrate, wherein at least one of the at least one indicator electrode or the at least one reference electrode is positioned on and / or proximate to the substrate. 前記基板は、ガラス、シリコン、プラスチック、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される材料を備えている、請求項41に記載のシステム。   42. The system of claim 41, wherein the substrate comprises a material selected from the group consisting of glass, silicon, plastic, and combinations thereof. 前記少なくとも1つの基準電極は、前記基板上および/またはそれに近接して位置付けられている、請求項41に記載のシステム。   42. The system of claim 41, wherein the at least one reference electrode is positioned on and / or proximate to the substrate. 少なくとも3つの指示電極および少なくとも2つの基準電極が、前記基板上および/またはそれに近接して位置付けられている、請求項41に記載のシステム。   42. The system of claim 41, wherein at least three indicator electrodes and at least two reference electrodes are positioned on and / or proximate to the substrate. 前記2つの基準電極のうちの少なくとも1つは、少なくとも2つの指示電極と協働して作用するように構成されている、請求項44に記載のシステム。   45. The system of claim 44, wherein at least one of the two reference electrodes is configured to work in cooperation with at least two indicator electrodes. センサをさらに備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a sensor. 前記センサは、温度センサ、湿度センサ、圧力センサ、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項46に記載のシステム。   49. The system of claim 46, wherein the sensor is selected from the group consisting of a temperature sensor, a humidity sensor, a pressure sensor, and combinations thereof. 前記読み取り機は、前記センサを備えている、請求項46に記載のシステム。   48. The system of claim 46, wherein the reader comprises the sensor. 前記使い捨てプローブは、前記センサを備えている、請求項46に記載のシステム。   48. The system of claim 46, wherein the disposable probe comprises the sensor. 第2の使い捨てプローブをさらに備えている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a second disposable probe. 前述の図を参照して説明される、システム。   A system as described with reference to the previous figure. 前述の図を参照して説明される、方法。   A method as described with reference to the previous figure.
JP2014528702A 2011-09-06 2012-09-06 Measuring device with sensor array Ceased JP2014525589A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161531238P 2011-09-06 2011-09-06
US61/531,238 2011-09-06
PCT/US2012/053902 WO2013036598A1 (en) 2011-09-06 2012-09-06 Measurement device with sensor array

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014525589A true JP2014525589A (en) 2014-09-29
JP2014525589A5 JP2014525589A5 (en) 2015-11-05

Family

ID=47832544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014528702A Ceased JP2014525589A (en) 2011-09-06 2012-09-06 Measuring device with sensor array

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9791398B2 (en)
EP (1) EP2753923B8 (en)
JP (1) JP2014525589A (en)
AU (1) AU2012304637A1 (en)
WO (1) WO2013036598A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015209743A (en) * 2014-04-30 2015-11-24 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Desalination treatment method, desalination treatment system, re-alkalization treatment method, and re-alkalization treatment system for concrete, and saline content sensor and ph sensor used therewith
JP2018520355A (en) * 2015-07-13 2018-07-26 コンセホ・スペリオール・デ・インベスティガシオネス・シエンティフィカス(シーエスアイシー)Consejo Superior De Investigaciones Cientificas Ion sensor based on differential measurement
JP2022023851A (en) * 2015-07-21 2022-02-08 ソルヴェイ(ソシエテ アノニム) Manufacture of fluorine-containing compound by assistance of electrochemical measurement chain

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015009967A1 (en) * 2013-07-19 2015-01-22 California Institute Of Technology Digital assay for quantifying and concentrating analytes
WO2016069935A1 (en) * 2014-10-29 2016-05-06 Phase2 Microtechnologies, Llc Polymeric electrode films
US10900924B2 (en) * 2017-06-19 2021-01-26 International Business Machines Corporation Porous nanostructured electrodes for detection of neurotransmitters
DE102018208482B4 (en) * 2018-05-29 2024-03-14 Atspiro Aps Potentiometric measuring chain and method for pH value determination
US10760985B2 (en) * 2018-06-26 2020-09-01 Tdk Corporation Smart surface sensor for collecting data
JP6683230B2 (en) 2018-09-27 2020-04-15 横河電機株式会社 measuring device
US11453001B2 (en) 2020-01-29 2022-09-27 International Business Machines Corporation Microfluidic chips with integrated electronic sensors
US11965878B2 (en) * 2020-02-10 2024-04-23 Southern Methodist University Sensor and method for detecting target molecules

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61501873A (en) * 1984-04-11 1986-08-28 ア−デン メデイカル システムズ インコ. Single-use detection device with reference fluid for clinical chemistry analyzers
JPH04501768A (en) * 1988-09-15 1992-03-26 アイ―スタット コーポレーション Disposable sensing device for real-time fluid analysis
JP2003525432A (en) * 2000-03-02 2003-08-26 マイクロチップス・インコーポレーテッド Microfabricated devices for storing and selectively exposing chemicals and devices
JP2005519304A (en) * 2002-03-05 2005-06-30 アイ−スタット コーポレイション Apparatus and method for analyte measurement and immunoassay
JP2008261726A (en) * 2007-04-12 2008-10-30 Fuji Xerox Co Ltd Sensor chip and inspection apparatus
JP2010537748A (en) * 2007-08-31 2010-12-09 ユニヴァーシティ オブ ピッツバーグ オブ ザ コモンウェルス システム オブ ハイアー エデュケイション Implantable device, system including the device, and method of using the device
WO2011062668A1 (en) * 2009-11-19 2011-05-26 University Of Pittsburgh-Of The Commonwealth System Of Higher Education Ph sensor

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2645048A1 (en) * 1975-10-08 1977-04-21 Gen Electric PLANTABLE ELECTROCHEMICAL SENSOR
US5480534A (en) * 1990-08-22 1996-01-02 Toa Electronics Ltd. Electrode for measuring PH
US5405510A (en) 1992-05-18 1995-04-11 Ppg Industries, Inc. Portable analyte measuring system for multiple fluid samples
US7641780B2 (en) 2001-05-01 2010-01-05 Calibrant Biosystems, Inc. Two-dimensional microfluidics for protein separations and gene analysis
US6652720B1 (en) * 2001-05-31 2003-11-25 Instrumentation Laboratory Company Analytical instruments, biosensors and methods thereof
WO2004065937A2 (en) 2003-01-15 2004-08-05 Protasis Corporation Method and apparatus determining the isoelectric point of charged analyte
US20050147741A1 (en) 2003-12-31 2005-07-07 Chung Yuan Christian University Fabrication of array PH sensitive EGFET and its readout circuit
DE102005017364B4 (en) 2005-04-14 2007-02-01 Roche Diagnostics Gmbh Analyzer with replaceable test field carrier
US7871456B2 (en) * 2006-08-10 2011-01-18 The Regents Of The University Of California Membranes with controlled permeability to polar and apolar molecules in solution and methods of making same
CZ2007243A3 (en) 2007-04-04 2008-06-11 Hanzalová@Jitka Measuring electrode for measuring pH, particularly in body fluids
DE102009007851A1 (en) 2009-02-06 2010-08-12 Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e.V. Meinsberg Sensor for detecting relative hydrogen value for e.g. food industry, has pH electrode, half cell and electrochemical reference electrode that are formed on planar substrate using planar technology

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61501873A (en) * 1984-04-11 1986-08-28 ア−デン メデイカル システムズ インコ. Single-use detection device with reference fluid for clinical chemistry analyzers
JPH04501768A (en) * 1988-09-15 1992-03-26 アイ―スタット コーポレーション Disposable sensing device for real-time fluid analysis
JP2003525432A (en) * 2000-03-02 2003-08-26 マイクロチップス・インコーポレーテッド Microfabricated devices for storing and selectively exposing chemicals and devices
JP2005519304A (en) * 2002-03-05 2005-06-30 アイ−スタット コーポレイション Apparatus and method for analyte measurement and immunoassay
JP2008261726A (en) * 2007-04-12 2008-10-30 Fuji Xerox Co Ltd Sensor chip and inspection apparatus
JP2010537748A (en) * 2007-08-31 2010-12-09 ユニヴァーシティ オブ ピッツバーグ オブ ザ コモンウェルス システム オブ ハイアー エデュケイション Implantable device, system including the device, and method of using the device
WO2011062668A1 (en) * 2009-11-19 2011-05-26 University Of Pittsburgh-Of The Commonwealth System Of Higher Education Ph sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015209743A (en) * 2014-04-30 2015-11-24 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Desalination treatment method, desalination treatment system, re-alkalization treatment method, and re-alkalization treatment system for concrete, and saline content sensor and ph sensor used therewith
JP2018520355A (en) * 2015-07-13 2018-07-26 コンセホ・スペリオール・デ・インベスティガシオネス・シエンティフィカス(シーエスアイシー)Consejo Superior De Investigaciones Cientificas Ion sensor based on differential measurement
JP2022023851A (en) * 2015-07-21 2022-02-08 ソルヴェイ(ソシエテ アノニム) Manufacture of fluorine-containing compound by assistance of electrochemical measurement chain

Also Published As

Publication number Publication date
US9791398B2 (en) 2017-10-17
US20160003761A1 (en) 2016-01-07
EP2753923B1 (en) 2017-11-08
EP2753923A1 (en) 2014-07-16
AU2012304637A1 (en) 2014-04-03
EP2753923B8 (en) 2017-12-20
EP2753923A4 (en) 2015-10-14
WO2013036598A1 (en) 2013-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9791398B2 (en) Measurement device with sensor array
AU689625B2 (en) Method of measuring gas concentrations and microfabricated sensing device for practicing same
US8535499B2 (en) Microfabricated liquid-junction reference electrode
CA2817163C (en) Method and apparatus for measuring oxidation-reduction potential
AU2016200346A1 (en) Measurement device with reader and disposable probe
EP3106865B1 (en) Ion sensor based on differential measurement, and production method
JP2013511329A (en) pH sensor
Farzbod et al. Integration of reconfigurable potentiometric electrochemical sensors into a digital microfluidic platform
CA2869151C (en) Multiple layer gel
AU2022218568A1 (en) Electrochemical sensor with opening between solid elements
JP2020533587A (en) How to calibrate the pH sensor and pH sensor
AU2016200041A1 (en) Measurement device with sensor array
CN113454448A (en) Biosensor with programmable sensing cavity

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150907

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150907

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160616

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160727

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20161020

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20161226

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170126

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20170126

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170126

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20170126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170406

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20170519

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171006

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171102

A045 Written measure of dismissal of application [lapsed due to lack of payment]

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045

Effective date: 20180323